ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

REPOTENCIACIÓN DE UNA MÁQUINA BAROLADORA DE 4 MM A

UNA MÁQUINA BAROLADORA SEMI-AUTOMÁTICA DE 6MM

PARA LA MECÁNICA INDUSTRIAL ANGEL MARÍA LUNA C.A

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENI ERO

MECÁNICO

JOSÉ DAVID BARROS ENRÍQUEZ

jo_jose7@hotmail.com

FREDDY SANTIAGO YAJAMÍN SUQUILLO

fdysant_39@hotmail.com

DIRECTOR: ING. JAIME VARGAS

jaime.vargas@epn.edu.ec

Quito, SEPTIEMBRE 2013

i

DECLARACIÓN

Nosotros, José David Barros Enríquez y Freddy Santiago Yajamín Suquillo,

declaramos bajo juramento que el trabajo aquí escrito es de nuestra autoría, que

no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y,

que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad

intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,

según lo establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la

normatividad institucional vigente.

____________________________ _______________________________

José David Barros Enríquez Freddy Santiago Yajamín Suquillo

ii

CERTIFICACIÓN

Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por los señores José David

Barros Enríquez y Freddy Santiago Yajamín Suquillo, bajo nuestra supervisión.

_________________________ ________________________

Ing. Jaime Vargas Ing. Jorge Escobar

DIRECTOR DE PROYECTO CO-DIRECTOR DE PROYECTO

iii

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por haberme dado la vida, inteligencia y recursos necesarios para poder

superarme día tras día y terminar exitosamente esta nueva etapa. A mis padres,

por su amor, comprensión y apoyo incondicional que han hecho que logre todas

las metas que me he propuesto hasta ahora. Por guiarme y ser ejemplo de

trabajo y superación.

A la gloriosa Facultad de Ingeniería Mecánica y a la Escuela Politécnica Nacional

por la excelente formación profesional recibida. Al Ing. Jaime Vargas por habernos

guiado durante este proceso, compartir sus conocimientos y apoyarnos para

cumplir con los objetivos planteados. Del mismo modo al Ing. Jorge Escobar

por su colaboración para poder desarrollar este trabajo.

A la empresa MIALCA C.A., especialmente a la Arq. Alexandra Luna por

permitirnos desarrollar este proyecto y darnos todas las facilidades para su

consecución. De igual manera a sus trabajadores por ayudarnos en la

investigación.

DAVID

A mi madre, con las que siempre he contado y espero seguir contando el resto de

mi vida; por darme su amor, su apoyo y ayuda incondicional en todo momento,

procurando lo mejor para mí. A mis Hermanos, quien siempre me ha dado sus

concejos y apoyo en los momentos más difíciles. A mis Sobrinos, quienes me

demuestran cada día su alegría y me llenan de la misma dándome un amor puro y

desinteresado. A mi amigo y compañero de tesis por su ayuda en la elaboración

del proyecto. A mis amigos y compañeros, por su apoyo y por estar junto a mí

durante todo este tiempo y hacer de mi paso por la universidad algo inolvidable.

FREDDY

iv

DEDICATORIA

A Dios por permitirme estar donde estoy. A mis padres Luis y Blanca, por ser

indiscutibles maestros de todos los valores que poseo, este logro es apenas una

pequeña retribución a todo el esfuerzo y amor que han depositado sobre mí. A

mis hermanos Luis, Cecy y Miryam por siempre demostrarme su apoyo. A mi

familia en general, por su amor, cuidado y creer en mí a pesar de las

circunstancias. A mis amigos por brindarme su confianza y compartir muchos

momentos gratos y difíciles.

DAVID

La presente Tesis se la dedico mi familia que gracias a su apoyo pude concluir mi

carrera. A mi madre y hermanos por su apoyo y confianza en todo lo necesario

para cumplir mis objetivos como persona y estudiante. A mis amigos con quienes

compartí años de lucha constante, gratas vivencias, con momentos felices y

momentos difíciles.

FREDDY

v

CONTENIDO

pág.

CAPÍTULO 1 ........................................ .................................................................. 1

MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 1

1.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1

1.2 BASE TEORICA ........................................................................................ 1

1.2.1 DEFINICÍON DEL PROCESO DE BAROLADO ................................ 1

1.3 TIPOS PROCESO DE BAROLADO. ......................................................... 3

1.4 TIPOS DE MÁQUINAS BAROLADORAS .................................................. 5

1.4.1 BAROLADORA DE DOS RODILLOS ............................................... 6

1.4.2 BAROLADORA DE TRES RODILLOS ............................................. 7

1.4.3 BAROLADORA DE CUATRO RODILLOS (DOBLE PINCH) .......... 10

1.5 REPOTENCIACIÓN ................................................................................ 11

1.5.1 POSIBILIDADES Y LÍMITES .......................................................... 15

1.5.2 VENTAJAS ..................................................................................... 15

CAPÍTULO 2 ........................................ ................................................................ 17

SITUACIÓN ACTUAL .................................. ........................................................ 17

2.1 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO ORIGINAL ............................................... 17

2.1.1 CONJUNTO ESTRUCTURA........................................................... 17

2.1.2 CONJUNTO BAROLADOR............................................................. 18

2.1.3 CONJUNTO MOTRIZ ..................................................................... 19

2.2 ESTADO ACTUAL DE LA BAROLADORA .............................................. 23

2.2.1 INSPECCIÓN EXTERNA E INTERNA DE LA MÁQUINA ............... 24

2.3 ALTERNATIVA DE DISEÑO PARA LA REPOTENCIACIÓN DE LA

MÁQUINA ................................................................................................ 29

2.3.1 PRESENTACIÓN DE ALTERNATIVAS .......................................... 29

2.1. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS ........................................................ 32

2.2. FACTORES CONSIDERADOS ............................................................... 33

2.3. SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA POR EL MÉTODO ORDINAL

CORREGIDO DE CRITERIOS PONDERADOS ...................................... 34

vi

2.4 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LA SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS

DE CRITERIOS PONDERADOS ......................................................................... 37

2.5 PROTOCOLO DE PRUEBAS ............................................................................... 38

2.5.1 VERIFICACIÓN DE DIMENSIONES Y PESO ................................ 38

2.5.2 VERIFICACIÓN DEL MONTAJE DE LA MÁQUINA ....................... 38

2.5.3 VERIFICACIÓN DE ALINEACIÓN Y PARALELISMO .................... 38

2.5.4 FUNCIONAMIENTO EN VACÍO ..................................................... 38

2.5.5 FUNCIONAMIENTO CON CARGA ................................................. 39

CAPÍTULO 3 ........................................ ................................................................ 40

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS A SER REPOTENCIADOS DE LA

MÁQUINA…….. ....................................... ............................................................ 40

3.1 CÁLCULO DE LA FUERZA PARA BAROLAR ..................................................... 40

3.1.1 ANÁLISIS DE LAS CARGAS EN EL BAROLADO. ........................ 41

3.1.2 ANÁLISIS DE LA FUERZA EN EL BAROLADO ............................. 41

3.2 CÁLCULOS DEL SISTEMA DE TRASMISION DE POTENCIA ........................... 46

3.2.1 SELECCIÓN DE LA CADENA DE RODILLOS ............................... 47

3.2.2 SELECCIÓN DE LAS CATARINAS ................................................ 48

3.2.3 LONGITUDES DE LAS CADENAS ................................................. 51

3.3 CÁLCULOS DE LOS ELEMENTOS BAROLADORES ......................................... 55

3.3.1 RODILLO BAROLADOR ................................................................. 55

3.3.2 RODILLO SUPERIOR E INFERIOR ............................................... 58

3.3.3 DISEÑO DE COJINETES ............................................................... 61

3.4 CÁLCULOS DEL SISTEMA HIDRÁULICO .......................................................... 66

3.4.1 SELECCIÓN DEL SISTEMA HIDRÁULICO.................................... 66

3.4.2 CAUDAL REQUERIDO Q ............................................................... 67

3.4.3 CÁLCULO DE POTENCIAS ........................................................... 68

3.4.4 SELECCIÓN DE VÁLVULAS .......................................................... 70

3.4.5 SELECCIÓN DE TUBERÍAS .......................................................... 70

3.4.6 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL DEPÓSITO Y SISTEMA .. 74

vii

3.4.7 SELECCIÓN DEL PISTÓN DE DOBLE EFECTO .......................... 75

3.4.8 CARACTERÍSTICAS FINALES DEL SISTEMA HIDRÁULICO ....... 75

3.4.9 SELECCIÓN DEL ACEITE HIDRÁULICO ...................................... 78

3.4.10 BENEFICIOS DEL ACEITE HIDRÁULICO ..................................... 81

3.4.11 APLICACIONES DEL ACEITE HIDRÁULICO ................................ 81

3.5 SELECCIÓN DE LA UNIÓN MOTOR-BOMBA (MATRIMONIO) ............. 82

3.5.1 CÁLCULO DEL TORQUE NOMINAL TNOM .................................. 82

3.5.2 CÁLCULO DEL TORQUE DE DISEÑO TDIS ................................. 83

3.5.3 MATERIAL DEL MATRIMONIO ...................................................... 85

3.5.4 NOMENCLATURA DEL MATRIMONIO A SELECCIONAR ............ 85

CAPÍTULO 4 ........................................ ................................................................ 89

CONSTRUCCIÓN, MONTAJE Y PRUEBAS DE LA MÁQUINA

REPOTENCIADA.. .................................... ........................................................... 89

4.1 CONSTRUCCIÓN ................................................................................... 89

4.1.1 MÁQUINAS,.HERRAMIENTAS.E.INSTRUMENTOS.DE

MEDICIÓN….. ............................................................................................... 90

4.1.2 PROCESOS MECÁNICOS ............................................................. 91

4.1.3 MATERIA PRIMA ............................................................................ 92

4.1.4 ELEMENTOS A FABRICAR ............................................................ 93

4.1.5 ELEMENTOS MECÁNICOS Y PIEZAS A CONSTRUIR ................ 93

4.1.6 PASOS DE ELABORACIÓN ........................................................... 94

4.1.7 DIAGRAMA DE FLUJO DE CONSTRUCCIÓN .............................. 94

4.2 MONTAJE DE LOS ELEMENTOS DE LA BAROLADORA ..................... 97

4.2.1 DIAGRAMA DE MONTAJE ............................................................. 97

4.3 PRUEBAS DE CAMPO ......................................................................... 103

CAPÍTULO 5 ........................................ .............................................................. 104

ANALISIS DE COSTOS ................................ .................................................... 104

5.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................... 104

5.2 COSTOS DE LA MÁQUINA REPOTENCIADA. .................................... 104

viii

5.2.1 COSTOS DIRECTOS ................................................................... 104

5.2.2 COSTOS INDIRECTOS ................................................................ 107

5.2.3 COSTO TOTAL ............................................................................. 108

CAPÍTULO 6 ........................................ .............................................................. 109

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................... ................................. 109

6.1 CONCLUSIONES ............................................................................................... 109

6.2 RECOMENDACIONES ...................................................................................... 110

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA .......................... ............................................. 111

ANEXOS ............................................................................................................ 112

ix

LISTA DE TABLAS

Tabla 2-1 . Cadenas dispuestas en la máquina .................................................................. 22

Tabla 2-2 . Estado actual de los elementos del conjunto Estructura ........................................ 26

Tabla 2-3 . Estado actual de los elementos del conjunto barolador ......................................... 27

Tabla 2-4 Estado actual de los elementos del conjunto motriz .............................................. 28

Tabla 2-5 . Codificación de alternativas ............................................................................ 33

Tabla 2-6 . Peso específico evaluado con Funcionalidad. .................................................... 35

Tabla 2-7. Peso específico evaluado con Tiempo de procesado. ........................................... 35

Tabla 2-8. Peso específico evaluado con Versatilidad. ........................................................ 35

Tabla 2-9 . Peso específico evaluado con Seguridad. ......................................................... 35

Tabla 2-10 . Peso específico evaluado con Facilidad de mantenimiento. ................................. 36

Tabla 2-11 . Peso específico evaluado con Facilidad de operación. ....................................... 36

Tabla 2-12 . Peso específico evaluado con Facilidad de construcción y montaje. ...................... 36

Tabla 2-13 . Peso específico evaluado con Bajo costo. ........................................................ 37

Tabla 2-14 . Conclusiones para la selección de la alternativa. ............................................... 37

Tabla 3-1 . Cálculos de la fuerza y potencia de barolado ...................................................... 46

Tabla 3-2 . Selección de las cadenas ASA/AISI .................................................................. 48

Tabla 3-3 . Longitud de la cadena que trasmite potencia de la Catarina 1 a 2 ........................... 52

Tabla 3-4 . Longitud de la cadena que trasmite potencia de la Catarina 3 a 4,5,6 ...................... 54

Tabla 3-5 Selección del rodillo critico .............................................................................. 60

Tabla 3-6 Nomenclatura para el cálculo de los cojinetes ...................................................... 63

Tabla 3-7 Selección de cojinetes con carga critica ............................................................. 66

Tabla 3-8 . Límites de velocidades recomendados para las diferentes líneas ............................ 72

Tabla 3-9 . Dimensionamiento del depósito del fluido hidráulico para el sistema en función del

………… volumen necesario en litros ............................................................................. 74

Tabla 3-10 . Cálculos del sistema hidráulico ...................................................................... 76

Tabla 3-11 . Selección de elementos del sistema hidráulico .................................................. 77

Tabla 3-12 Equivalencias entre los diferentes sistemas de clasificación de la viscosidad ............ 79

Tabla 3-13 . Clasificación ISO de los aceites industriales ..................................................... 80

Tabla 3-14 . Factor de aplicación de servicio en función de las características del motor y bomba 84

Tabla 3-15 . Tipo de material del matrimonio a seleccionar en función de la temperatura

…………….de trabajo .................................................................................................. 85

Tabla 3-16 . Tamaño del matrimonio a seleccionar en función del tipo de material y

……………..torque de diseño ........................................................................................ 86

x

Tabla 3-17 . Codificación del matrimonio en función del o agujero del matrimonio para

……………..acoplamiento del eje ................................................................................... 87

Tabla 4-1 . Listado de máquinas, herramientas e instrumentos de medición ............................. 91

Tabla 4-2 . Procesos tecnológicos ................................................................................... 92

Tabla 4-3 . Materia prima a utilizarse ............................................................................... 92

Tabla 4-4 . Elementos a construir .................................................................................... 93

Tabla 4-5 . Procesos de fabricación. ................................................................................ 93

Tabla 4-6 . Simbología utilizada en el diagrama de flujo ....................................................... 95

Tabla 4-7 . Diagrama de flujo de construcción .................................................................... 95

Tabla 4-8 . Diagrama de flujo de montaje .......................................................................... 98

Tabla 5-1 . Costo de materiales directos ......................................................................... 105

Tabla 5-2 .Costo de elementos normalizados .................................................................. 105

Tabla 5-3 . Costos de maquinado y mano de obra ............................................................ 106

Tabla 5-4 . Costo directo total ....................................................................................... 106

Tabla 5-5 . Costos de materiales indirectos ..................................................................... 107

Tabla 5-6 . Costos de ingeniería ................................................................................... 107

Tabla 5-7 . Costos indirectos ........................................................................................ 108

Tabla 5-8 . Costo total ................................................................................................ 108

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1-1 . Barolado con cuatro rodillos ............................................................................ 2

Figura 1-2 Baroladora de tres rodillos ............................................................................... 3

Figura 1-3 Barolado en cilindro ........................................................................................ 3

Figura 1-4 Barolado elíptico ............................................................................................ 4

Figura 1-5 Barolado en U. .............................................................................................. 4

Figura 1-6 Barolado cono truncado. .................................................................................. 4

Figura 1-7 Baroladora con disposición horizontal de los rodillos. ............................................. 5

Figura 1-8 Baroladora con disposición vertical de los rodillos. ................................................ 5

Figura 1-9 Baroladora de dos rodillos ................................................................................ 6

Figura 1-10 Baroladora Tipo Piramidal .............................................................................. 8

Figura 1-11 Baroladora de Zapato IMCAR series Tsih. ......................................................... 9

Figura 1-12 Baroladora Tipo Pinch ................................................................................. 10

Figura 1-13 Baroladora de Cuatro rodillos o Doble Pinch .................................................... 11

Figura 2-1 Conjunto Barolador ...................................................................................... 18

Figura 2-2 Conjunto motriz ........................................................................................... 20

Figura 2-3 . Máquina baroladora estado actual .................................................................. 23

Figura 2-4 . Vista de los rodillos baroladores ..................................................................... 24

Figura 3-1 Diagrama de cuerpo libre de la chapa metálica ................................................... 41

Figura 3-2 . Geometría y fuerzas del proceso barolado. ....................................................... 42

Figura 3-3 . Geometría de la chapa metálica, rodillo lateral inferior y la línea de simetría ............ 43

Figura 3-4 . Posición máxima del rodillo lateral para la deformación plástica de la chapa metálica 44

Figura 3-5. Disposición de las catarinas .......................................................................... 49

Figura 3-6. Longitud de la cadena ASA/AISI 60-1 .............................................................. 53

Figura 3-7. Longitud de la cadena ASA/AISI 100-2 ............................................................ 54

Figura 3-8 Fuerza de barolado y rozamiento en el pre doblado ............................................. 55

Figura 3-9 Diagrama de cuerpo libre de la lámina a barolar ................................................. 56

Figura 3-10 Diagrama de fuerzas sobre rodillo barolador .................................................... 57

Figura 3-11 Diagrama de fuerzas sobre rodillo inferior ........................................................ 58

Figura 3-12 Diagrama de fuerzas en cojinetes con carga Fa ................................................ 62

Figura 3-13 Diagrama de fuerzas en cojinetes con carga Fb ................................................ 65

Figura 3-14 . Diagrama Sankey que representa los valores promedios de las respectivas

……………...eficiencias para cada elemento hidráulico ...................................................... 68

xii

Figura 3-15. Diagrama del sistema hidráulico ................................................................... 71

Figura 3-16. Especificación de una rosca interna en el vástago ............................................ 75

Figura 3-17 . Máquina completa ..................................................................................... 88

Figura 3-17 . Máquina completa ..................................................................................... 88

Figura 4-1. Instalaciones donde se encuentra la máquina ................................................... 90

Figura 4-2. Puesta a punto de la maquina ...................................................................... 101

Figura 4-3. Sistema hidráulico ..................................................................................... 101

Figura 4-4. Montaje de los pistones hidráulicos ............................................................... 102

Figura 4-5 . Montaje de cadenas y catarinas ................................................................... 102

xiii

RESUMEN

El proyecto se inicia realizando un estudio teórico y descriptivo, el mismo

que abarca el marco teórico que contiene información referente a las

características del barolado de la chapa metálica, además se hace referencia a los

tipos de máquinas que se utilizan en estas operaciones; se establece un punto de

vista a partir del concepto de repotenciación, analizando sus ventajas y

desventajas, las mismas que permiten enfocar el trabajo entorno a las

necesidades de aumentar la producción de la empresa.

En el segundo capítulo se realiza el estudio del diseño original y situación actual de

la máquina, de igual manera se analiza el estudio de las alternativas que presenta

una sección muy importante que abarca los parámetros funcionales y de diseño, y

el trabajo de campo ya que de esto se desprenden algunos datos importantes para

el diseño, posteriormente se evalúan las alternativas y se escoge la mejor

alternativa para el diseño. También se presenta el protocolo de pruebas en el que

se detallan una serie de pasos importantes que se deben cumplir antes de dar por

terminada la repotenciación de la máquina.

En el siguiente capítulo se realiza la fase de diseño en el que se diferencian cada

uno de los sistemas involucrados en la repotenciación de la máquina, lo que se

desarrolla en base a la determinación de las piezas a construirse y seleccionarse.

Se presentan todos los cálculos involucrados y los autores que los recomiendan.

Con respecto al capítulo que describe la construcción, montaje y pruebas, se

presentan esquemas los cuales muestran en forma secuencial como deben

realizar estas actividades, describiendo paso a paso como se realiza el trabajo y

sugiriendo mejoras que pueden ayudar en trabajos posteriores que se relacionen

con éste.

El capítulo en el que se realiza el análisis de costos está en base a la recopilación

de catálogos y proformas de algunas empresas que distribuyen elementos

mecánicos y materiales en la ciudad de Quito y además con el valor de la mano

de obra para realizar estos trabajos.

xiv

Finalmente se presentan las conclusiones del trabajo las cuales están

íntimamente relacionadas con los objetivos y con los resultados obtenidos, y se

establecen algunas recomendaciones que sirven para la operación de la máquina

y para trabajos posteriores.

xv

PRESENTACIÓN

En la actualidad los costos de maquinaria para la industria metalmecánica impide

que las pequeñas y medianas metalmecánicas adquieran nuevos equipos para la

producción, tal es el caso de la MECÁNICA INDUSTRIAL “ANGEL MARÍA LUNA”

C.A., que tiene interés en la repotenciación de una máquina Baroladora de láminas

de acero para espesores de hasta 6 mm, misma que se encuentra operando de

forma manual.

La repotenciación consiste en la adaptación de un sistema hidráulico que

garantizara un barolado para láminas de acero con espesores de hasta 6 mm, con

lo cual se evitara la intervención del operario y permita superar las deficiencias

causadas por los diferentes elementos mecánicos de sujeción.

Este proyecto busca además la puesta a punto de esta máquina, la misma que

permite un incremento significativo en la producción debido a la reducción del

tiempo que implica el proceso.

Posteriormente, se realiza un trabajo de campo mediante el cual se puede obtener

tanto los parámetros funcionales como de diseño, todo esto aporta la información

preliminar para el diseño; para luego estudiar la alternativa de diseño, realizar el

diseño en sí y elaborar los planos

En la fase del diseño, inicialmente se necesita recopilar información referente a las

operaciones que se realizan con esta máquina, así como también al diseño de

maquinaria utilizada para trabajar con espesores de chapa de hasta 6mm, luego de

esto se realiza un análisis de las piezas a ser cambiadas para posteriormente

rediseñarlas, y con esto lograr la nueva potencia deseada para la máquina.

.

1

CAPÍTULO 1

1. MARCO TEÓRICO

1.1 INTRODUCCIÓN

En los últimos años, la industria metal mecánica del país, ha optado por la

adquisición de tecnología importada, la que en muchos casos excede la capacidad

real de producción, generando altos costos en amortización de dichos equipos y

por ende pérdidas.

Por esta razón se ve la necesidad de innovar sus procesos y la calidad de sus

servicios en función de las necesidades requeridas por dicha industria, tal es el

caso de la MECÁNICA INDUSTRIAL “ANGEL MARÍA LUNA” C.A., que tiene

interés en la repotenciación de una máquina Baroladora de láminas de acero para

espesores de hasta 6 mm, misma que se encuentra operando de forma manual.

La repotenciación consiste en la adaptación de un sistema hidráulico que garantiza

un barolado para láminas de acero con espesores de hasta 6 mm, con lo cual se

evita la intervención del operario y permite superar las deficiencias causadas por

los diferentes elementos mecánicos de sujeción.

1.2 BASE TEORICA

1.2.1 DEFINICÍON DEL PROCESO DE BAROLADO

La norma DIN 8582 define el curvado como el proceso de deformación

plástica o permanente que sufre un material tras aplicar sobre el mismo un

determinado momento flector. El curvado se efectúa en frío, ya que sólo los

espesores muy gruesos requieren un calentamiento previo.

La deformación plástica mencionada, se produce tras sobrepasar la tensión de

fluencia propia de cada material. Como la deformación elástica es reversible, el

material recupera parte de su forma inicial tras el curvado. La suma de ambos

procesos genera una serie de fenómenos colaterales, como la reducción del

2

ángulo de curvado, elongación de la lámina, ovalización de la sección, pérdidas de

espesor, etc.

El barolado es un proceso mediante el cual una lámina es sometida a la acción

de una serie de rodillos que le proporcionan a la chapa metálica una forma

específica, en la figura 1.1 puede observarse este procedimiento. Este puede

ser efectuado mediante máquinas automáticas o manuales, las cuales utilizan

rodillos para curvar la chapa.

Figura 1-1. Barolado con cuatro rodillos

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Generalmente se toma como referencia el eje neutro del perfil a barolar, de forma

que la parte exterior sufre tracción y la interior sufre compresión permitiendo la

deformación plástica y el desplazamiento del grano siempre dentro del límite

de fluencia. Para la obtención de un perfil barolado generalmente se lo

realiza en una máquina que disponga de tres ejes giratorios al que se acoplarán

diversos tipos de matrices guía. Ver figura 1.2.

3

Figura 1-2 Baroladora de tres rodillos 1

1.3 TIPOS PROCESO DE BAROLADO.

Uno de los tipos más conocidos de barolado es aquel de forma cilíndrica,

generalmente se lo utiliza para construir tanques de presión y ductos para

diversos fines como se muestra en la figura 1.3.

Figura 1-3 Barolado en cilindro

De igual manera es usado para barolar láminas con forma de elipse, figura 1.4,

sección transversal usada para el transporte de líquidos, derivados de petróleo o

sustancias químicas.

1 http://www.directindustry.es/

4

Figura 1-4 Barolado elíptico

Distintos tipos de cilindros contenedores se los obtiene únicamente mediante el

proceso de barolado en U, como se indica en la figura 1.5, mismos contenedores

son usados para el almacenamiento de aceite, así como también son usados

como carcasas de transformadores eléctricos.

Figura 1-5 Barolado en U.

Las tolvas usadas en máquinas que necesitan algún tipo de alimentación, como

las mezcladoras de cemento o las inyectoras de plástico, son obtenidas mediante

el barolado de cono truncado, figura 1.6, que implica la variación del ángulo de

posición de uno de los rodillos, este ángulo es semejante al ángulo que debe

poseer el cono a ser obtenido.

Figura 1-6 Barolado cono truncado.

1.4 TIPOS DE MÁQUINAS BA

Las máquinas baroladoras se fabrican en dos tipos, o sea, con disposición

horizontal de los rodillos. Ver figura

Figura 1-7

Y también con disposición vertical de los rodillos o matrices baroladoras. Ver figura

1.8. Se construyen por lo general, según el sistema de tres cilindros.

Figura 1- 8

TIPOS DE MÁQUINAS BA ROLADORAS

Las máquinas baroladoras se fabrican en dos tipos, o sea, con disposición

horizontal de los rodillos. Ver figura 1.7

Baroladora con disposi ción horizontal de los rodillos.

Y también con disposición vertical de los rodillos o matrices baroladoras. Ver figura

. Se construyen por lo general, según el sistema de tres cilindros.

8 Baroladora con disposición vertical de los rodillos .

5

Las máquinas baroladoras se fabrican en dos tipos, o sea, con disposición

ción horizontal de los rodillos.

Y también con disposición vertical de los rodillos o matrices baroladoras. Ver figura

. Se construyen por lo general, según el sistema de tres cilindros.

Baroladora con disposición vertical de los rodillos .

6

La tecnología utilizada para barolar chapas y perfiles tienen el mismo principio en

todos los casos. Esto es, someter al material que en un principio es plano, a un

esfuerzo que lo deforme plásticamente para darle el curvado requerido. Dicho

esfuerzo se produce cuando el material choca y se desvía en un rodillo, que al girar

a una velocidad determinada, hace que la chapa o el perfil se deformen

uniformemente, formando así, el cilindro o anillo requerido.

Cabe mencionar que, la precisión de las piezas de trabajo depende también del

tipo de máquina usada y variaciones de temperatura del material. A continuación

se analiza cada uno de los tipos de baroladoras, así como, sus ventajas y

desventajas.

1.4.1 BAROLADORA DE DOS RODILLOS

La baroladora de dos rodillos tiene a éstos dispuestos sobre un mismo eje vertical

como se muestra en la figura 1.9. En esta máquina, el barolado se lo hace al

presionar el rodillo inferior con el superior, formando una matriz por la cual pasará

la plancha.

Las principales ventajas con las que cuenta esta máquina son: el barolado de

planchas es de alta precisión y en una sola pasada, y la capacidad de curvar

superficies planas con espesores mínimos.

Figura 1-9 Baroladora de dos rodillos

7

1.4.2 BAROLADORA DE TRES RODILLOS

Existen tres tipos de máquinas baroladoras de tres rodillos: el tipo Pinch, el tipo

Zapato y el tipo Piramidal. Estas máquinas están catalogadas por el fabricante

según el espesor máximo y ancho de material que la máquina puede formar a la

temperatura del lugar de trabajo. Normalmente se dan los valores que puede

barolar la máquina en una pasada como en múltiples pasadas.

1.4.2.1 BAROLADORA TIPO PIRAMIDAL

En la figura 1.10 se ilustra el posicionamiento de los rodillos de una máquina tipo

Piramidal. Los rodillos inferiores son de igual diámetro, pero son aproximadamente

el 50 % más pequeños que el rodillo superior.

Los inferiores son conducidos por catarinas y comúnmente son fijos, cada uno de

estos rodillos son apoyados en dos rodillos más pequeños. El rodillo superior es

verticalmente ajustable para controlar el diámetro del cilindro formado. El rodillo

superior gira libremente, y depende de la fricción con el metal de trabajo para su

movimiento o rotación. En este rodillo no se utilizan rodillos de soporte.

El rodillo superior es ocioso, por consiguiente hay limitaciones bien definidas sobre

el espesor del material de trabajo que puede ser barolado (sobre todo al formar

diámetros grandes).

Otra desventaja de la máquina piramidal es las grandes áreas llanas o bordes sin

pre doblado, que permanecen en ambos filos de la plancha del metal ya formado.

Ya que, las piezas de trabajo deben permanecer apoyadas en todo momento por

los rodillos inferiores, los filos nunca pueden acercarse al rodillo superior y esto se

produce por la distancia entre los puntos de tangencia.

8

ω ω

ω

Figura 1-10 Baroladora Tipo Piramidal

1.4.2.2 BAROLADORA TIPO ZAPATO

Está formada por tres rodillos, dos de los cuales transmiten el movimiento,

permaneciendo fijos durante su funcionamiento y son graduables dependiendo

del espesor del material; en cambio el tercer rodillo es el que da la curvatura del

material gracias a su movimiento en dirección diagonal y gira solo por rozamiento

con el material; la entrada del material se lo hace por los rodillos fijos, el

movimiento es por medio de motores, cuya velocidad de giro de los rodillos es

controlada por un sistema de engranajes.

9

Figura 1-11 Baroladora de Zapato IMCAR series Tsih .2

1.4.2.3 BAROLADORA TIPO PINCH

Estas tienen una disposición como la mostrada en la figura 1.12. En estas

máquinas los rodillos son del mismo diámetro. Sin embargo, en máquinas más

grandes, los rodillos superiores son a veces más pequeños en diámetro para

mantener la velocidad de rolado en las superficies. Estas máquinas más pesadas

proporcionan mejor agarre en los rodillos delanteros para que no exista diferencia

entre la velocidad de los rodillos. Por consiguiente, cuando el metal de trabajo es

grueso, el diámetro del rodillo superior disminuye a relación de los rodillos

inferiores.

La posición del rodillo superior es fija, mientras que el inferior delantero es

ajustable en sentido vertical, dependiendo del espesor del material a ser barolado

para que exista un buen agarre debido a la fricción, pero pueden variar las

posiciones.

Las ventajas de una máquina tipo Pinch, comparadas con una máquina tipo

Piramidal, son:

• Barolar un rango de mayor espesor del metal debido a la alimentación.

• La mayor exactitud dimensional puede ser obtenida en un paso en una

máquina tipo Pinch que en una Piramidal.

2 http://www.dismamex.com.mx/imcar.html

10

ω

ω

ω

Figura 1-12 Baroladora Tipo Pinch

1.4.3 BAROLADORA DE CUATRO RODILLOS (DOBLE PINCH)

El rodillo superior es fijo y el rodillo inferior es ajustable verticalmente para

controlar la variación de espesor. El rodillo barolador está directamente debajo

del rodillo superior, sin desplazamiento, y los dos rodillos son ajustables

angularmente, como se muestra en la figura 1.13. El rodillo superior y el rodillo

barolador son conectados a un motor, y los dos restantes se mueven por el

contacto del material con el rodillo, es decir, por fricción. Esta máquina trabaja

como un tipo Pinch, ya que el cuarto rodillo es el del preformado.

Este tipo de baroladora de cuatro rodillos es especialmente conveniente para

producciones del mismo tamaño o productos barolados con bases regulares. La

selección de la posición para la producción pude ser grabada, y los rodillos

pueden ser prefijos para barolar. Esta máquina tiene la ventaja de barolar largas

o grandes planchas de metal, obteniendo piezas de una sola pasada. Una

desventaja de esta máquina es que el costo de fabricación se incrementa en un

20-30 % en comparación a una máquina tipo piramidal3

3 Wick Benedict Veilleux, Tool and Manufacture Engineers Handbook. Editorial McGraw-Hill, Quinta edición, USA, 1998.

11

Figura 1-13 Baroladora de Cuatro rodillos o Doble Pi nch

1.5 REPOTENCIACIÓN

El término repotenciación es utilizado para definir un proceso de actualización o

mejoramiento de un sistema o un equipo que por el transcurso del tiempo ha ido

quedando en la obsolescencia, o a caído en la falta de eficiencia.

El repotenciar implica una actualización global, un rediseño, o una restructuración,

del sistema o equipo. Esto para el caso que no se compete significa una mejora

en la capacidad de carga, en la operación del equipo y el mejoramiento

tecnológico de todos los sistemas involucrados en la máquina.

Repotenciar una máquina implica principalmente que alguna de las partes

(sistemas, subsistemas, elementos, accesorios, etc.) que conforman la máquina

original dejen de ser funcionales, lo que obliga a que estas partes sean

modificadas o remplazadas.

Posiblemente la opción más conveniente económicamente, sea la modificación de

las partes, pues se puede mantener el sistema o elemento con solamente realizar

reforzamientos o actualizaciones tecnológicas. De ser necesario el remplazo de

partes, habrá que ver si se lo puede hacer por otras redimensionadas, es decir

12

manteniendo el mismo diseño fabricar nuevas partes, pero con el tamaño

adecuado de tal forma que les permita ser funcionales.

Esto último pudiese no ser conveniente al no cumplir con ciertos parámetros o

simplemente ser más caro. En este caso se debe pensar en un nuevo diseño para

los sistemas o elementos.

Para repotenciar una máquina que cuentan con varios sistemas, es probable que

la mejor alternativa de solución sea la combinación entre modificación,

redimensionamiento y rediseño, sin eliminar la opción de diseñar una máquina

completamente nueva.

La reconstrucción mecánica o electrónica de maquinaria persigue restablecer e

incluso mejorar las prestaciones originales de un equipo, con el fin de impulsar la

productividad y competitividad de los talleres, en una época en la que cada vez

más se necesita rapidez y calidad, además de ahorros en el presupuesto.

El principal objetivo de la modernización de maquinaria es impulsar la

productividad y competitividad de la industria, además aprovechar las

oportunidades que brindan los tratados de libre comercio y acuerdos comerciales

con el fin de contribuir con el crecimiento de las compañías en el mercado

internacional.

En este contexto siempre es una excelente solución la sustitución y actualización

de la maquinaria, por equipos y tecnología de punta, para aprovechar, entre otros,

los beneficios arancelarios que implica la importación de maquinaria nueva; no

obstante, en el camino hacia la productividad y competitividad, las opciones no se

limitan a remplazar los antiguos equipos por nuevos.

En muchos casos, las máquinas viejas tienden a encontrarse en buen estado

mecánico, pueden ser actualizadas y para potenciar sus posibilidades, y así

aumentar la productividad de la fábrica, minimizar costos y generar mayores

utilidades.

13

De hecho, un adecuado proceso de repotenciación de la maquinaria de una

empresa, es una alternativa técnica y económicamente viable, para que, según el

nivel tecnológico de los equipos, éstos sean susceptibles de mejoras funcionales.

Hoy en día, los nuevos equipos metalmecánicos, no son mejores ni más robustos

que hace 30 años, pero sí en cuestión de control, automatización y velocidad, es

decir; en sus componentes electrónicos.

En este sentido, dichas máquinas pueden ser objeto de una intervención, que no

es más que el reacondicionamiento de equipos realizando modificaciones o

remplazos de sus componentes. Se cambian partes dañadas o deficientes y se

conserva la estructura mecánica en buen estado como los tableros y componentes

principales en general.

Para repotenciar maquinaria metalmecánica los avances tecnológicos más

significativos los constituyen los sistemas de servomotores, manipuladores

eléctricos, sensores, control numérico, PLC, software, componentes de seguridad,

dispositivos robóticos y equipos medio ambientalmente amigables.

En la repotenciación debe considerarse la modificación y adaptación del diseño

existente teniendo como objetivo la satisfacción de los nuevos requerimientos,

minimizando los cambios en el diseño original y maximizando la utilización de los

equipos y dispositivos existentes.

El fin último es evitar que las máquinas encargadas de una producción, antiguas o

nuevas, trabajen o se desempeñen a niveles menores de su capacidad; la idea es

aprovechar al máximo el rendimiento de los equipos y si éstos necesitan nuevos

aditamentos o modernización de sus componentes, es indispensable

reacondicionarlos hasta dejarlos como nuevos o mejor. Actualmente una empresa

no se puede dar el lujo de tener activos improductivos y mucho menos obsoletos.

No se trata de calificar la repotenciación en términos de buena o mala, sino como

una alternativa útil. La repotenciación no entra en competencia con la maquinaria

nueva, ya que emplear una máquina nueva o usada está determinado por el tipo

de pieza que se quiere fabricar.

14

La maquinaria repotenciada tiene su espacio propio en los sectores en los que no

hay una exigencia de adaptación de las últimas tecnologías en temas de

producción o transformación, tal como se presentan en el la industria del metal. Por

ejemplo, hay equipos que pueden alcanzar precisiones de aproximadamente 0,01

mm, lo cual, en muchos casos, es suficiente para ciertos tipos de productos y

procesos metalmecánicos.

Los factores a tener en cuenta que ayudan identificar la sustitución o

repotenciación de la maquinaria son:

• El costo acumulado promedio por unidad de uso; es decir, es necesario

establecer el desgaste de la máquina en términos de costo de producción vs

la edad del equipo.

• Cuando la máquina es obsoleta en tecnologías electrónicas e informáticas

en comparación con los modelos nuevos, pero conserva eficiencia y

capacidad.

• Cuando la máquina pierde su confiabilidad para trabajar: sale

constantemente a reparaciones, para ello hay que mirar la periodicidad de

daños, el costo de las averías y la eficiencia de uso después de

reparaciones.

• La máquina está desgastada y los repuestos son costosos.

• El aumento en el tamaño de una operación hace que la máquina sea

demasiado pequeña para efectuar el trabajo en el tiempo requerido:

observar potencia y capacidad.

En la repotenciación de maquinaria, hay que tener en cuenta que la decisión de

inversión está en función del modelo, capacidad de la máquina y tecnología y no

de su estado, ya que en el proceso de renovación el equipo debe quedar como

nuevo a precios razonables.

15

1.5.1 POSIBILIDADES Y LÍMITES 4

Es claro que no todas las máquinas son susceptibles de ser repotenciadas, ya

que antes es necesario analizar las características propias de cada equipo. Antes

de repotenciar cualquier máquina es necesario realizar un diagnóstico

concienzudo de las posibilidades y límites de los sistemas.

Algunos de los componentes que con mayor frecuencia se pueden intervenir en

una máquina son: motores, sistemas de transmisión de potencia, controlador,

interfaz hombre máquina, finales de carrera, paro de emergencia, fuentes y

regulador de potencia. Depende de las características que se quieran para el

equipo estos componentes pueden variar, a la vez que sus características.

La reconstrucción mecánica puede incluir desde el reajuste de guías, la

reparación del cabezal hasta la eliminación de holguras, mientras que la

reconstrucción electrónica puede implicar desde una simple actualización del

software hasta el reajuste de parámetros dinámicos en los controladores de

potencia (‘drivers’).

1.5.2 VENTAJAS

Al modernizar una máquina o sistema, se obtienen las siguientes ventajas

básicas, según los accesorios y el grado de reformas:

• Mejor disponibilidad y aumento de productividad.

• Operación y programación más convenientes.

• Ciclos más rápidos para el procesamiento de componentes

complejos.

• Mejor precisión.

• Reducción de pausas y tiempos de parada.

• Largo período de suministro de repuestos garantizado.

• Administración de datos de manera confiable y segura (Mayor y más

fácil control de la información histórica de las máquinas, tiempos

4http://colombia.acambiode.com/producto/mantenimiento-y-repotenciacion-demaquinaria_184242

16

muertos, piezas producidas y registro de mantenimientos, entre

otros).

• Mayor capacidad de almacenamiento.

• Opciones de Networking e integración CAD.

• Reducción de la inversión en la adquisición de maquinaria nueva.

El alcance de la modernización y los componentes remplazados determinan el

precio de la repotenciación. De esta forma, el dueño de la máquina decide, según

la necesidad, sobre las futuras mejoras y servicios adicionales tales como

capacitación, conversiones de programas de piezas y contratos de

reparación/servicios.

En general, se estima que el costo de una modernización oscila entre 20 y el 60

por ciento del valor de compra de una máquina nueva, según el alcance del

servicio. El tiempo necesario para la repotenciación depende del alcance de las

medidas planificadas. Según el nivel de modernización, se puede lograr un nivel

de funcionalidad de máquina elevado, acorde a la tecnología de punta utilizada.

De esta manera, se alcanzan los altos estándares de calidad, no solo en el ámbito

de la producción, sino también en seguridad y monitoreo.

17

CAPÍTULO 2

2. SITUACIÓN ACTUAL

2.1 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO ORIGINAL

La baroladora está compuesta por los siguientes conjuntos:

1. Conjunto estructura

2. Conjunto barolador.

3. Conjunto motriz.

2.1.1 CONJUNTO ESTRUCTURA

La estructura principal de la máquina, son todos los elementos que van a soportar

los diferentes sistemas y unidades que componen a la máquina. La estructura

debe tener rigidez para poder cargar con todo el peso de los componentes.

Las partes que componen al conjunto estructura son las siguientes:

• Cuerpo de la estructura

• Base del motor

2.1.1.1 Cuerpo de la estructura

El armazón o estructura es sin duda, una de las piezas más importantes de la

máquina baroladora, debido a las funciones que debe cumplir en dicha

máquina. Esta es la pieza, donde se sienta todo el peso de la máquina, sirve de

apoyo de la misma.

Esta pieza es de fácil elaboración, siguiendo el diseño para la aplicación de

barolado, se fabrica con acero de trasmisión.

2.1.1.2 Base del motor

Esta pieza es construida por el mismo proceso de fabricación del cuerpo de la

estructura, actualmente esta base del motor funciona como dispositivo de ajuste

18

de tensión de la cadena ASA N° 80-1, el funcionamie nto consiste en pandear la

estructura base del motor, para así ajustar la tensión en la trasmisión.

2.1.2 CONJUNTO BAROLADOR

En el conjunto barolador, se encuentran todos aquellos elementos y piezas que

permiten el movimiento de los cilindros baroladores.

En esta máquina, se tiene el movimiento rotacional de los cilindros baroladores,

que a su vez está unido al reductor y motor a través de cadenas y bandas de

trasmisión. Cuando el motor es accionado por el conjunto de accionamiento entra

en funcionamiento el reductor el cual trasmite una potencia a las cadenas las

cuales a través de catarinas accionan el conjunto barolador.

Este conjunto barolador está conformado por las siguientes partes:

• Rodillos baroladores

• Tornillos de potencia para regulación de los cilindros

• Tornillos para ajuste de la chapa a barolar

• Bocines

Figura 2-1 Conjunto Barolador

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

19

2.1.2.1 Rodillos baroladores

Este sistema consta de cuatro cilindros, dos de los cuales barolan la chapa y los

otros dos ajustan la chapa. Los cilindros baroladores de pre doblado y ajuste tienen

las siguientes dimensiones respectivamente: Di=Dd=124mm; Dms=Dmi=178mm.

2.1.2.2 Tornillos de potencia para regulación de los cilindros.

Los tornillos de potencia regulan la posición de los cilindros baroladores en el

momento de pre doblado, los cuales son ajustados manualmente ejerciendo una

gran fuerza en cada tornillo, aproximadamente una tonelada fuerza en cada

tornillo.

2.1.2.3 Tornillos para ajuste de la chapa a barolar

Los tornillos para ajuste de la chapa a barolar es ajustado también por tornillos de

potencia, cada tornillo ejerce una fuerza menor a la solicitada en el momento de

pre doblado.

2.1.2.4 Bocines

Los bocines son elementos mecánicos que permiten el buen funcionamiento de la

máquina para producir una rodadura.

2.1.3 CONJUNTO MOTRIZ

En el conjunto motriz de la baroladora, se encuentran todos aquellos elementos y

piezas que permiten el movimiento de los cilindros baroladores. En esta

máquina, se tiene el movimiento rotacional de los cilindros baroladores, que a su

vez está unido al reductor y motor a través de cadenas y bandas de trasmisión.

Cuando el motor es accionado por el conjunto de accionamiento entra en

funcionamiento el reductor el cual que trasmite una potencia a las cadenas las

cuales a través de catarinas accionan el conjunto barolador.

Este conjunto motriz está conformado por las siguientes partes:

20

• Motor

• Reductor de velocidad

• Bandas de trasmisión en V

• Cadenas de rodillos

• Catarinas

• Interruptor de encendido

Figura 2-2 Conjunto motriz

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

2.1.3.1 Motor

Consta de un motor trifásico de 10HP y 1745rpm.

El conjunto motor, juega una importante función en la baroladora, ya que sin el

motor, la baroladora obviamente no puede trabajar óptimamente debido a que al

intentar hacerla trabajar sin el motor, es decir, con una fuente de movimiento

alterna como lo es la fuerza humana, es prácticamente inútil porque como se dijo

21

anteriormente, el motor usado es lo suficiente potente para poner a trabajar

eficientemente los rodillos baroladores. Las partes que componen al conjunto

motor son las siguientes:

• Armazón

• Colector

• Collarín

• Eje

• Estator

• Interruptor

• Porta correa

• Protector Cableado

• Rodillo Muelle

• Rotor

• Tapa Frontal

• Tapa Posterior

• Ventilador

2.1.3.2 Reductor de velocidad

Consta de un reductor de velocidad de relación de trasmisión de 87,25:1, con una

velocidad de salida de 20 rpm.

El conjunto reductor de velocidad juega un papel importante en el accionamiento

del conjunto barolador ya que este reductor trasmitirá la velocidad deseada a los

rodillos baroladores por medio de una trasmisión de potencia que consta de

bandas, cadenas y catarinas.

2.1.3.3 Bandas de trasmisión en V

Las bandas están encargadas de transmitir la potencia desde el motor eléctrico

hacia el reductor de velocidad, el mismo que a su vez transmite la potencia a los

rodillos baroladores por medio de un sistema de cadenas de rodillos para así

generar la operación de barolado. Se utiliza bandas trapezoidales, las mismas que

deben asegurar una resistencia excelente a la tracción, la flexión, la fatiga y las

22

cargas de choque; además, el compuesto de elastómero del que están

construidas debe resistir al calor, al ozono y a la luz solar. La banda no se inflama

por causa del calor, incluso si es sometida a una fuerte fricción5

2.1.3.4 Cadenas de rodillos

El sistema por trasmisión de cadenas es accionado por medio de una cadena

ASA No 60 accionado en primera fase con las siguientes características: relación

de trasmisión i=0.35 y una cadena ASA No 80 accionado en segunda fase con las

siguientes características: relación de trasmisión i=1.29, los cuales accionan los

rodillos baroladores, este sistema constituye un sólido y seguro sistema de

trasmisión de la energía mecánica.

2.1.3.5 Catarinas

El sistema de catarinas es accionado por medio de las cadenas de trasmisión de

rodillos, las cuales tienen las siguientes características. Catarinas Z1=19, W1=

20rpm; Z2=50 W2=7rpm; Z3=20 W3=7rpm; Z4=Z5=Z6=15 W4,5,6=9rpm. Las

cargas de rotura de la cadena son: Rt [60] = 8500 [lb], Rt [80] = 14500 [lb]6

Tabla 2-1. Cadenas dispuestas en la máquina

DATOS

P=10Hp=7.456Kw

1 [60] 2 [60] 3 [80] 4=5=6 [80]

W [rpm,rad/s] 20 2,094 7 0,733 7 0,733 9 0,943

Z [número de dientes] 19 50 20 15

R [m] 0,057 0,083 0,153 0,06

T [N.m] 3560,65 10171,90 10171,90 7910,88

F [kN] 62,47 122,55 66,48 131,85

Rt 60, 80 [lbf, kN] 8500 37,8 8500 37,8 14500 64,5 14500 64,5

Fuente: Propia

Elaboración: Propia 5 http://www.gates.com/Spain/brochure.cfm?brochure=8213&location_id=11748 6 MOTT, R: Diseño de Elementos de Maquinas: Editorial PEARSON Educación 4ta Edición: México: 2006: Pag. 288.

23

2.1.3.6 Interruptor de encendido

El interruptor de encendido es el encargado controlar el paso de energía eléctrica

hacia el motor, el mismo que genera la potencia necesaria para la operación de

barolado.

2.2 ESTADO ACTUAL DE LA BAROLADORA

La máquina se encuentra operando normalmente. La capacidad actual de la

máquina para barolar es de 5mm de espesor de chapa, por lo que la máquina no

satisface los requerimientos actuales de la empresa. La máquina tiene problemas

en barolar un espesor mayor, rompiéndose así la cadena de trasmisión ASA N°

80-1. En la figura 2.1, figura 2.2 se presentan algunas vistas del estado actual de

la Baroladora.

Figura 2-3. Máquina baroladora estado actual

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

24

Figura 2-4. Vista de los rodillos baroladores

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

2.2.1 INSPECCIÓN EXTERNA E INTERNA DE LA MÁQUINA

Se basa en examinar o reconocer atentamente el equipo, visualizando de una

manera eficaz y efectiva las partes constituyentes de la maquina sin necesidad de

quitar elementos de la misma, para así tomar alguna acción pertinente al

mantenimiento preventivo o correctivo, a continuación se mencionan algunos

aspectos.

• Revisión del aspecto físico general del equipo y sus componentes,

para detectar posibles impactos físicos, maltratos, corrosión en la

carcasa o levantamiento de pintura, cualquier otro daño físico. Esto

incluye viñetas y señalizaciones, falta de componentes o accesorios,

etc.

• Revisión de componentes mecánicos, para determinar falta de

lubricación, desgaste de piezas, sobrecalentamiento, roturas, etc.

Esto incluye los sistemas neumáticos e hidráulicos, en los cuales

también es necesario detectar fugas en el sistema.

• Revisión de componentes eléctricos, esto incluye cordón de

alimentación donde se revisa que éste se encuentre íntegro, sin

dobleces ni roturas, o cualquier signo de deterioro de aislamiento, la

25

toma deberá ser adecuada al tipo y potencia demandada por el

equipo y debe hacer buen contacto con la toma de pared.7

La máquina se encuentra operando normalmente, barolando chapas de hasta 4mm

de espesor, debido a lo cual se remplazan pocas partes.

A continuación se realiza el análisis de la inspección realizada a cada

componente. Cabe recalcar que los elementos que no son remplazados deben

pasar por un proceso de limpieza adecuada para quitar los residuos de corrosión

ocasionados por la atmósfera, además se debe añadir pintura anticorrosiva para

evitar la exposición directa de la superficie con el medio.

2.2.1.1 Conjunto estructura

La estructura principal de la máquina, son todos los elementos que van a soportar

los diferentes sistemas y unidades que componen a la máquina. La estructura

debe tener rigidez para poder cargar con todo el peso de los componentes

Las partes que componen al conjunto estructura son las siguientes:

• Cuerpo de la estructura

• Base del motor

A continuación se presenta información detallada de cada componente del

conjunto estructura tal como: función, material, etc.

2.2.1.1.1 Cuerpo de la estructura

El armazón o estructura es sin duda, una de las piezas más importantes de la

máquina baroladora, debido a las funciones que debe cumplir en dicha

máquina. Esta es la pieza, donde se sienta todo el peso de la máquina, sirve de

apoyo para el conjunto motriz y el conjunto barolador.

7http://www.buenastareas.com/ensayos/Programa-De-Mantenimiento-De-Una- Troqueladora/1015488.html

26

2.2.1.1.2 Base del motor

Esta pieza es construida por el mismo proceso de fabricación del cuerpo de la

estructura, actualmente la base del motor funciona como dispositivo de ajuste de

tensión de la cadena ASA N° 80-1, el funcionamiento consiste en pandear la

estructura base del motor, proceso realizado por un mecanismo de tornillos para

realizar el pandeo en la base del motor.

Tabla 2-2. Estado actual de los elementos del conjun to Estructura

Fuente: Propia Elaboración: Propia

2.2.1.2 Conjunto Barolador

2.2.1.2.1 Rodillos Baroladores

Estos rodillos se encuentran operando de forma normal, pero se puede observar

que se encuentran degastados y no realizan un adecuado trabajo. Con lo antes

expuesto, este elemento es estudiado, analizado y seleccionado en el capítulo

3, correspondiente al diseño de los elementos de la baroladora y remplazarlo.

2.2.1.2.2 Tornillos de potencia para la regulación de los cilindros

Estos tornillos de potencia se encuentran operando normalmente, pero debido al

requerimiento de la empresa de semi-automatizar el proceso de barolado, es

necesario eliminar estos tornillos y reemplazarlos por cilindros hidráulicos. Con lo

antes expuesto, este elemento debe ser estudiado, analizado y seleccionado en

Base del motor XCuerpo de la estructura X

ELEMENTOESTADO

DAÑADO FALTANTE ÓPTIMO

CONJUNTO ESTRUCTURA

27

el capítulo 3, correspondiente al diseño de los elementos de la baroladora y

remplazarlo.

2.2.1.2.3 Tornillos para ajuste de la chapa a barolar

Estos tornillos se encuentran operando normalmente, con lo que es innecesario

cambiarlos. Con el análisis antes realizado; este elemento no debe ser

remplazado.

2.2.1.2.4 Bocines

Estos bocines se desgastados por lo que se realiza un estudio en el capítulo 3 para

ser remplazados

Tabla 2-3. Estado actual de los elementos del conjun to barolador

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

2.2.1.3 Conjunto motriz

2.2.1.3.1 Motor

Se puede apreciar que debido al normal funcionamiento del motor, este se

encuentra en óptimas condiciones ya que no se encontraron signos considerables

de desgaste, debido a que sigue entregando la misma potencia y torque.

X

CONJUNTO BAROLADOR

ELEMENTOESTADO

DAÑADO FALTANTENO CUMPLE CON REQUERIMIENTO

ÓPTIMO

Rodillos Baroladores X

Tornillos de potencia para laregulación de los cilindros

Tornillos para ajuste de lachapa a barolar

X

Bocines X

28

Con el análisis antes realizado; este elemento no debe ser remplazado.

2.2.1.3.2 Bandas

Las bandas se encuentran operando normalmente, pero debido al uso se observa

un deterioro normal por lo que no es necesario cambiar las bandas.

2.2.1.3.3 Cadenas de trasmisión de rodillos

La cadena de trasmisión ASA N°60-3/4 se encuentra o perando normalmente,

mientras que la cadena de trasmisión ASA N°80-1 se rompe cuando la maquina

barola espesores mayores a 5mm, Con lo antes expuesto, este elemento debe

ser estudiado, analizado y seleccionado en el capítulo 3, correspondiente al

diseño de los elementos de la baroladora y remplazarlo.

Tabla 2-4 Estado actual de los elementos del conjunt o motriz

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

X

X

ÓPTIMO

ESTADO

CONJUNTO MOTRIZ

XXReductor de Velocidad

ELEMENTODAÑADO FALTANTE

NO CUMPLE CON REQUERIMIENTO

Motor

X

X

Banda de trasmision en V

Cadenas de trasmision derodillos

Catarinas

Interruptor de encendido

29

2.3 ALTERNATIVA DE DISEÑO PARA LA REPOTENCIACIÓN DE LA MÁQUINA

2.3.1 PRESENTACIÓN DE ALTERNATIVAS

En base a los parámetros de diseño y la funcionalidad de la máquina requerida, se

establecen tres alternativas, de las cuales solo se escogen dos, debido a que la

tercera alternativa es una máquina baroladora por cilindros neumáticos, la cual no

satisface requerimiento de fuerza, por lo que el estudio es de dos alternativas,

alternativa 1 por medio de cilindros hidráulicos y alternativa 2 por medio de motor-

reductores, para realizar el estudio mediante la evaluación de cada uno de sus

factores principales para posteriormente realizar la selección de la alternativa a

diseñar y construir.

Para este estudio se presentan las alternativas siguientes:

• Maquina baroladora por cilindros hidráulicos

• Maquina baroladora por motor-reductores

2.3.1.1 Alternativa 1: maquina baroladora por cilindros hidráulicos

2.3.1.1.1 Descripción

Esta alternativa comprende de un sistema hidráulico, que proporciona movimientos

a los rodillos baroladores.

Estos cilindros hidráulicos proporcionan movimiento independiente en cada uno de

ellos, haciendo posible la regulación del rodillo barolador,

El mecanismo hidráulico de regulación, es el de mayor rendimiento y eficiencia, ya

que permite un trabajo más rápido y controlado, así como el de curvar láminas de

gran espesor.

Para el diseño del sistema hidráulico son esenciales elementos que proporcionen

la fuerza necesaria para el rolado de lámina, entre los cuales encontramos

cilindros hidráulicos de doble efecto, electroválvulas, válvulas de alivio, filtros,

bomba hidráulica, entre otros.

30

Los movimientos son por medio de ciclos de subida y bajada que deberán poseer

los cilindros hidráulicos para la elaboración del barolado de chapa metálica, ya

que los movimientos de los rodillos baroladores están establecidos para trabajar de

forma independiente.

Cada cilindro hidráulico de doble efecto deberá llevar una electroválvula asociada,

estos dispositivos están especificados como 4/3 NC, es decir, electroválvulas de

cuatro vías, tres posiciones, normalmente cerradas de doble control eléctrico; con

esto se logra que los vástagos acoplados a los rodillos cumplan con su trabajo de

subida y bajada.

Este mecanismo consta de las siguientes partes:

• Cilindros hidráulicos de doble efecto.

• Bomba hidráulica.

• Recipiente hidráulico.

• Electroválvula 4/3 N/C.

• Válvulas direccionales.

• Válvulas de retención.

• Válvulas reguladoras de flujo.

• Racores.

• Mangueras.

2.3.1.1.2 Ventajas

• Los cilindros hidráulicos proporcionan una alta eficiencia y eficacia.

• Capacidad de producción mayor, en menor tiempo.

• Al tener un sistema de regulación de los cilindros baroladores permite

mayor eficacia de pre doblado, siendo este el objetivo principal del

equipo.

• Fácil operación.

• Fácil Mantenimiento.

• Bajo ruido.

31

2.3.1.1.3 Desventajas

• Costo

• Proceso de instalación requiere personal calificado.

• Mantenimiento costoso.

2.3.1.2 Alternativa 2: maquina baroladora por motor-reductores

2.3.1.2.1 Descripción

Los motorreductores son elementos mecánicos muy adecuados para el

accionamiento de todo tipo de máquinas y aparatos de uso industrial, que

necesiten reducir su velocidad de una forma eficiente, constante y segura.

Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora

un motor eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado

y refrigerado por ventilador para conectar a redes trifásicas de 220/440 voltios y

60Hz. Para proteger eléctricamente el motor es indispensable colocar en la

instalación de todo motorreductor un guarda motor que limite la intensidad y un relé

térmico de sobrecarga.

Los valores de las corrientes nominales están grabados en las placas de

identificación del motor. Normalmente los motores empleados responden a la clase

de protecciónIP-44 (Según DIN 40050).

2.3.1.2.2 Ventajas

• Alta eficiencia de la transmisión de potencia del motor.

• Alta regularidad en cuanto a potencia y par transmitidos.

• Poco espacio para el mecanismo.

• Elemento seguro en todos los aspectos, muy protegido

2.3.1.2.3 Desventajas

• Poco espacio para el montaje.

• Demora en el tiempo de instalación y mantenimiento.

• Alta dificultad de acoplamiento.

32

• Alto costo.

2.1. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS

Una vez realizado el despliegue de cada alternativa, corresponde hacer una

evaluación de las mismas que sirvan de base para la posterior toma de una

decisión.

Para la evaluación de alternativas se realiza por medio del método de criterios

ponderados ya que este nos permite decidir entre diversas soluciones a través de

la evaluación los parámetros de cada propiedad y sin tener que estimar

numéricamente el peso de cada criterio, permitiendo obtener resultados globales

suficientes significativos.8

Este método se basa en realizar tablas con criterios respecto a las alternativas

donde se asigna valores a cada criterio como se muestra en la Tabla 2. 1 los

cuales son utilizados para la evaluación de estos y selección de la mejor

alternativa.

Tabla 2. 1 Valores utilizados en el método de crite rio ponderados.

VALOR CRITERIO 1 Si el criterio (o solución) de las filas es superior (o menor) que al de las columnas.

0,5 Si el criterio (o solución) de las filas es equivalente (igual) al de las columnas. 0 Si el criterio (o solución) de las filas es inferior (o peor)que el de las columnas.

Fuente: Diseño Concurrente; Carlos Riva; Pág.60

Elaboración: Propia

Una vez asignados los valores de cada criterio se suman los valores asignados en

la relación a los restantes criterios al que se añade una unidad (para evitar que el

criterio menos favorable tenga una valoración nula); después en otra columna se

calculan los valores ponderados para cada criterio; finalmente la evaluación total

8 Diseño Concurrente; Carlos Riva; Pág.59

33

para cada solución resulta de la suma de productos de los pesos específicos de

cada solución por el peso específico de cada criterio.

Las alternativas a evaluarse para la selección de repotenciación de la máquina

baroladora son las siguientes soluciones presentadas en la Tabla 2-5 donde se

codifican para realizar el estudio de estas.

Tabla 2-5. Codificación de alternativas

Código Solución A Maquina baroladora por cilindros hidráulicos B Maquina baroladora por motor-reductores

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

2.2. FACTORES CONSIDERADOS

Para realizar la evaluación de la mejor alternativa se consideran varios criterios

que son importantes para la llegar al objetivo planteado.

Estos criterios se encuentran establecidos en la Tabla 2. 2.

Tabla 2. 2 Criterios a evaluar

Criterio 1 Funcionalidad 2 Tiempo de procesado 3 Versatilidad 4 Facilidad de operación

5 Facilidad de construcción y montaje

6 Facilidad de mantenimiento 7 Bajo costo 8 Seguridad

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

34

2.3. SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA POR EL MÉTODO

ORDINAL CORREGIDO DE CRITERIOS PONDERADOS

Se realiza la evaluación del peso específico de cada criterio como se muestra en la

Tabla 2-3.

Funcionalidad > Tiempo de proceso > Versatilidad > Seguridad > Facilidad de

Mantenimiento > Facilidad de operación = Facilidad de construcción y montaje >

Bajo costo.

Tabla 2. 3 Evaluación del peso específico de cada cr iterio.

Criterio

Fun

cion

alid

ad

Tie

mpo

de

proc

eso

Ver

satil

idad

Seg

urid

ad

Fac

ilida

d de

m

ante

nim

ient

o

Fac

ilida

d de

op

erac

ión

F

acili

dad

de

cons

truc

ción

y

mon

taje

Baj

o co

sto

∑∑ ∑∑+1+1 +1+1

Pon

dera

ción

Funcionalidad 1 1 1 1 1 1 1 8 0,24

Tiempo de proceso 0 1 1 1 1 1 1 7 0,21 Versatilidad 0 0 1 1 1 1 1 6 0,18

Seguridad 0 0 0 1 1 1 1 5 0,15 Facilidad de mantenimiento 0 0 0 0 1 1 1 4 0,12

Facilidad de operación 0 0 0 0 0 0,5 1 1,5 0,05

Facilidad de construcción y montaje 0 0 0 0 0 0,5 1 1,5 0,05

Bajo costo 0 0 0 0 0 0 0 0 0

33 1 Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Se procede a realizar la evaluación de los pesos específicos de las distintas

soluciones para cada criterio como se presentan en las .

Tabla 2-6; Tabla 2-7; Tabla 2-8; Tabla 2-9; Tabla 2-10; Tabla 2-11; Tabla 2-12;

Tabla 2-13.

Evaluación del peso específico del criterio Funcionalidad .

35

Tabla 2-6. Peso específico evaluado con Funcionalid ad.

Solución A = Solución B Funcionalidad Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación

Solución A 0,5 1,5 0,5

Solución B 0,5 1,5 0,5 Suma 3 1

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Evaluación del peso específico del criterio Tiempo de proceso .

Tabla 2-7. Peso específico evaluado con Tiempo de pr ocesado.

Solución A > Solución B

Tiempo de proceso Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación Solución A 1 2 0,67 Solución B 0 1 0,33

Suma 3 1 Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Evaluación del peso específico del criterio Versatilidad

Tabla 2-8. Peso específico evaluado con Versatilidad.

Solución A > Solución B Versatilidad Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación

Solución A 1 2 0,67

Solución B 0 1 0,33

Suma 3 1,00 Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Evaluación del peso específico del criterio Seguridad .

Tabla 2-9. Peso específico evaluado con Seguridad.

Solución A = Solución B Seguridad Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación

Solución A 0,5 1,5 0,5

Solución B 0,5 1,5 0,5

Suma 3 1 Fuente: Propia

Elaboración: Propia

36

Evaluación del peso específico del criterio Facilidad de mantenimiento .

Tabla 2-10. Peso específico evaluado con Facilidad de mantenimiento.

Solución A >Solución B Facilidad de mantenimiento Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación

Solución A 1 2 0,67

Solución B 0 1 0,33 Suma 3 1,00

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Evaluación del peso específico del criterio Facilidad de operación .

Tabla 2-11. Peso específico evaluado con Facilidad de operación.

Solución A >Solución B Facilidad de operación Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación

Solución A 1 2 0,67

Solución B 0 1 0,33

Suma 3 1 Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Evaluación del peso específico del criterio Facilidad de construcción y montaje .

Tabla 2-12. Peso específico evaluado con Facilidad de construcción y montaje.

Solución A >Solución B

Facilidad de construcción y montaje Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación

Solución A 1 2 0,67

Solución B 0 1 0,33

Suma 3 1 Fuente: Propia

Elaboración: Propia

37

Evaluación del peso específico del criterio Bajo Costo .

Tabla 2-13. Peso específico evaluado con Bajo costo .

Solución A >Solución B Bajo costo Solución A Solución B ∑∑∑∑+1+1+1+1 Ponderación

Solución A 1 2 0,67

Solución B 0 1 0,33

Suma 3 1 Fuente: Propia

Elaboración: Propia

El cálculo de la tabla de conclusiones se presenta en la Tabla 2-14.

Tabla 2-14. Conclusiones para la selección de la al ternativa.

Conclusión

Fun

cion

alid

ad

Tie

mpo

de

p

roce

so

Ver

satil

idad

Seg

urid

ad

Fac

ilida

d de

m

ante

nim

ient

o

Fac

ilida

d de

o

pera

ción

Fac

ilida

d de

C

onst

rucc

ión

y

mon

taje

Baj

o co

sto

∑∑∑∑

Prio

ridad

Solución A 0,12 0,14 0,12 0,08 0,08 0,03 0,03 0 0,60 1

Solución B 0,12 0,07 0,06 0,08 0,04 0,02 0,02 0 0,40 2

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

2.4 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LA SELECCIÓN DE

ALTERNATIVAS DE CRITERIOS PONDERADOS

En Tabla 2-14 se puede observar que después del análisis realizado por medio del

método de criterios ponderados, la solución A es la que mejor se ajusta a los

criterios de selección por lo que la máquina baroladora por cilindros hidráulicos

cumple con los objetivos de este proyecto.

38

2.5 PROTOCOLO DE PRUEBAS

Antes de dar por finalizado el proceso de repotenciación de la baroladora, se debe

realizar una serie de pasos importantes que afiancen un correcto funcionamiento

de la máquina, para lo cual, se procede a comprobar los siguientes

aspectos:

• Dimensiones generales y peso

• Montaje de la máquina

• Alineación y paralelismo

• Funcionamiento en vacío

• Funcionamiento con carga

2.5.1 VERIFICACIÓN DE DIMENSIONES Y PESO

Es importante verificar que las dimensiones de la máquina satisfagan los

requerimientos del cliente y los establecidos en la fase de diseño, por eso se debe

asegurar que tanto el área que ocupa la máquina como su altura no sobrepasen

los límites máximos prestablecidos; y, además comprobar su peso aproximado.

2.5.2 VERIFICACIÓN DEL MONTAJE DE LA MÁQUINA

Es uno de los factores más importantes, en el que se debe asegurar la correcta

ubicación de los elementos que componen la máquina repotenciada. Además se

debe revisar que los elementos móviles tengan la adecuada lubricación, pintura y

limpieza, los cuales determinarán el tiempo de vida útil.

2.5.3 VERIFICACIÓN DE ALINEACIÓN Y PARALELISMO

Es importante comprobar la alineación y paralelismo de los ejes, poleas, guías y

soportes, asegurando así la transmisión de potencia necesaria para el proceso de

barolado. Además, la estructura principal y secundaria debe ser paralela para

asegurar la estabilidad de la máquina con el piso.

2.5.4 FUNCIONAMIENTO EN VACÍO

Una vez que se han superado los pasos anteriores satisfactoriamente, se procede

a hacer las pruebas en vacío, es decir puesta en marcha de la máquina pero sin

39

carga, esto es muy importante para verificar: el correcto funcionamiento del

sistema de transmisión, la velocidad angular, trabajo normal de cada parte y que

exista el adecuado ajuste de pernos para que no haya ruidos extraños; además,

verificar que no haya fallas de ensamble.

2.5.5 FUNCIONAMIENTO CON CARGA

Posteriormente se debe realiza las pruebas con carga, para ello se utilizan

diferentes tipos de espesores y materiales con los cuales se trabajan en la

empresa, y mediante inspección visual verificar que los materiales estén

correctamente cortados. Con esto se puede determinar si la capacidad es la

correcta y evaluar las características del material troquelado, las cuales deben

satisfacer los deseos de la empresa. Es importante percatarse si las vibraciones

pueden afectar el funcionamiento normal del equipo o si esto es despreciable.

El formato para el protocolo de pruebas debe poseer un membrete en el cual se

señale toda la información necesaria para identificar la prueba de campo realizada

y además se deben registrar firmas de responsabilidad, el cual se observa en el

anexo H

40

CAPÍTULO 3

3. DISEÑO DE LOS ELEMENTOS A SER REPOTENCIADOS

DE LA MÁQUINA

En el capítulo anterior se determinaron los elementos a ser remplazados en la

baroladora, y para diseñarlos se determinan primero las piezas a construirse y los

elementos a seleccionarse. Para ello se deben realizar una serie de iteraciones

que involucran optimización de materiales, costos, fabricación, disponibilidad en el

mercado, etc. De acuerdo a este principio se obtiene la mejor solución tomando en

cuenta que lo más importante es que se cumpla satisfactoriamente con la

funcionalidad del equipo.

Es importante identificar que sistemas están involucrados en la máquina, ya que

de esto depende el enfoque que tenga el diseño.

3.1 CÁLCULO DE LA FUERZA PARA BAROLAR

Un elemento importante para el análisis de la fuerza es la disposición de los

rodillos al momento de barolar, esta disposición permite deformar la chapa

metálica de la manera requerida.

De forma que inicialmente, uno de los rodillos laterales comienza a subir

ejerciendo una fuerza de pre-doblado, deformándolo plásticamente a la chapa

metálica, para luego ser trasladada por los rodillos superior e inferior,

posicionándose así el otro rodillo lateral, que ejerce la misma fuerza de pre-

doblado del inicio, terminando conjuntamente el proceso de barolado.

Tomando en cuenta el proceso, podemos definir a la fuerza de barolado como

aquella que provoca en el material su momento límite, de modo que la fluencia se

desplaza por toda la sección transversal, para finalmente deformar plásticamente a

la chapa metálica.

La disposición de los rodillos puede asemejarse a una viga en voladizo con una

carga ubicada en el extremo.

41

3.1.1 ANÁLISIS DE LAS CARGAS EN EL BAROLADO.

La disposición de los rodillos al momento de curvar es esencial, de modo que

esto le permitirá deformar la chapa metálica de la manera requerida.

Una vez que los rodillos intermedios comienzan a girar y posteriormente los

rodillos laterales empiecen a subir, el primer rodillo lateral comenzará a ejercer una

fuerza en la chapa metálica, la cual permitirá deformarlo plásticamente en el

proceso de barolado, consecuentemente el otro rodillo lateral, se posicionará

para terminar el proceso. Esto se modela como una viga en voladizo, con una

carga en el extremo, como se puede ver en la Figura 3-1.

Figura 3-1 Diagrama de cuerpo libre de la chapa met álica Fuente : Propia

Elaboración : Propia

3.1.2 ANÁLISIS DE LA FUERZA EN EL BAROLADO

Una de las consideraciones más importantes a tomar en cuenta en el

instante de calcular la fuerza en el barolado, es el esfuerzo normal por flexión,

que se produce en la chapa metálica debido al momento flector que actúa

en el punto de aplicación de la fuerza. En la Figura 3-2. Geometría y fuerzas del

proceso barolado Se observa el análisis de la geometría así como de la fuerza que

intervine en la máquina baroladora.

Donde: Rc: Radio cilindro realizado R: Radio cilindro realizado

42

r: Radio cilindro lateral izquierdo L’: Distancia entre centros posición inicial L: distancia entre centros posición final. F: Fuerza de pre-doblado α :Angulo de movimiento de los cilindros e: espesor y’: Distancia entre centros rodillo superior e inferior θ: Angulo entre el punto de contacto de la lámina y la vertical (ángulo de pre-doblado). M: Momento máximo de flexión Mp: Momento plástico My: Momento de fluencia I: inercia de la lámina. c: e/2 a: Ancho de la lámina.

Figura 3-2. Geometría y fuerzas del proceso barolad o.

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

43

En la Figura 3-3. Geometría de la chapa metálica, rodillo lateral inferior y la línea de

simetría, se puede apreciar la distancia d, que es la máxima distancia que puede

llegar a moverse el rodillo lateral inferior, para ejercer una fuerza que provoca la

deformación plástica de la chapa metálica.

Figura 3-3. Geometría de la chapa metálica, rodillo lateral inferior y la línea de simetría

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

De la Figura 3-3. Geometría de la chapa metálica, rodillo lateral inferior y la línea

de simetría, se obtiene las siguientes relaciones geométricas y trigonométricas,

para obtener la distancia d, que es la distancia entre el rodillo lateral y el rodillo

intermedio superior; posición en la cual la chapa metálica se deforma

plásticamente.

sin , - ./ (Ec. 3.1)

cos , - 34 (Ec. 3.2)

44

3 - 5 6 . (Ec. 3.3)

4 - 5cos , 6 / tan , (Ec. 3.4)

En la Figura 3-4. Posición máxima del rodillo lateral para la deformación plástica

de la chapa metálica se puede apreciar que la distancia Rc+e+r es la máxima,

debido a que en ese punto la chapa metálica se deforma plásticamente.

Figura 3-4. Posición máxima del rodillo lateral par a la deformación plástica de la chapa metálica

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Obteniendo las siguientes relaciones trigonométricas, que servirán para el análisis

de la fuerza de pre doblado.

sin , - 589 : / : ; (Ec. 3.5)

45

tan =- 5>?> (Ec. 3.6)

sin =- 58 : / : ; (Ec. 3.7)

De la (Ec. 3.6) se obtiene el ángulo de movimiento de los rodillos, para

reemplazarlo en la ecuación (Ec. 3.7) y obtener la distancia entre centros de los

rodillos posición final. De esa forma se obtiene el ángulo de pre doblado en la

ecuación (Ec. 3.5).

Luego del análisis geométrico y trigonométrico, como se puede observar en el

análisis de las figuras Figura 3-3. Geometría de la chapa metálica, rodillo lateral

inferior y la línea de simetría y Figura 3-4. Posición máxima del rodillo lateral para

la deformación plástica de la chapa metálica el momento máximo de flexión es:

B - C D 4 (Ec. 3.8)

Reemplazando la (Ec. 3.4) en la (Ec. 3.8), se tiene:

B - C F 5cos , 6 / tan ,G (Ec. 3.9)

El momento plástico es:

BI - 32 B? (Ec. 3.10)9

El momento de fluencia es:

B? - K? D L9 (Ec. 3.11)

El momento plástico se iguala al momento máximo de flexión, para que ocurra una

deformación completamente plástica.

9 BEER, F: Mecánica de Materiales: Editorial Mc Graw-Hill 4ta Edición: Pag. 247.

46

BI - B (Ec. 3.12)

Al reemplazar la ecuación (Ec. 3.8) en la ecuación (Ec. 3.4), se obtiene el

momento plástico y se iguala con el momento máximo flector como se indica en la

ecuación (Ec. 3.12), de la ecuación (Ec. 3.12) se despeja la fuerza necesaria para

producir el pre doblado como se indica en la ecuación (Ec. 3.13).

C - 18 M K? D . D 9N D cos ,5 6 / D cos , D tan ,O (Ec. 3.13)

Todos estos cálculos se pueden resumir en la siguiente tabla, la cual se realiza en

el programa Microsoft Excel 2010.

Tabla 3-1. Cálculos de la fuerza y potencia de baro lado

Datos Incógnitas L' (mm) 385 α (Deg) 51,086 y' (mm) 311,1 L (mm) 122,12 R (mm) 62 θ (Deg) 14,652 r (mm) 89 F (N) 26224

Rc (mm) 388 Fx(N) 6630,2 e (mm) 6 Fr(N) 1442,9

Sy (Mpa) 250 Pot 187,27 a (mm) 1200 Pot1(Hp) 2,6663 c (mm) 3 Pot2(Hp) 5,8754 Rpm 10

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

3.2 CÁLCULOS DEL SISTEMA DE TRASMISION DE POTENCIA

El accionamiento por medio de cadena de rodillos, constituye un sólido y seguro

sistema de trasmisión de la energía mecánica. Para obtener un resultado óptimo

de la transmisión de este tipo, es fundamental seleccionar correctamente la

cadena.

47

Donde

P: Potencia del motor [Kw].

T: Torque de las Catarinas [N.m].

W: Velocidad angular de las catarinas [rad/s].

F: Fuerza de trabajo de las catarinas [N].

d: Radio de las catarinas [m].

P - Q D R STUV (Ec. 3.14) Q - PR - C D 4 SW. XV (Ec. 3.15)

3.2.1 SELECCIÓN DE LA CADENA DE RODILLOS

En la Tabla 3-2. Selección de las cadenas ASA/AISI Se puede observar que la

carga de rotura de la cadena debe ser como mínimo siete veces mayor a la carga

de trabajo, Las cargas de rotura de las cadenas de triple hilera son: Rt[120] =

34000 [lbf], Rt[140] = 46000 [lbf]10, estas cargas se deberá multiplicar por 3, para

obtener la resistencia que en la Tabla 3-2 se detalla, estos valores se pueden

identificar en el ANEXO A.

Donde:

W: Velocidad angular de las catarinas

R: Radio de las catarinas

T: Torque de las catarinas

F: Fuerza de cada Catarina

Rt: Resistencia a la rotura de la cadena

7F: Siete veces la carga de trabajo

3Rt: Resistencia a la rotura cadena de triple hilera

10 MOTT, R: Diseño de Elementos de Maquinas: Editorial PEARSON Educación 4ta Edición: México: 2006: Pag. 288.

48

Tabla 3-2. Selección de las cadenas ASA/AISI

DATOS P=10Hp=7.456Kw 1 [120] 2 [120] 3 [140] 4=5=6 [140]

W [rpm,rad/s] 20 2,094 7 0,733 7 0,733 9 0,943 R [m] 0,057 0,083 0,153 0,06 T [N.m] 3560,65 10171,90 10171,90 7910,88 F [kN] 62,47 122,55 66,48 131,85 Rt 120, 140 [lbf, kN] 34000 151,24 34000 151,24 46000 204,6 46000 204,6 7 F [kN] 437,27 857,87 465,38 922,94 3 Rt 120, 140 [kN] 453,72 453,72 613,86 613,86

Fuente: Propia

Elaboración: Propia La cadena ASA/AISI 60-1 se reemplazara por la cadena ASA/AISI 120-3. Lo mismo

para la cadena ASA/AISI 80-1, se reemplazara por la cadena ASA/AISI 140-3, con

esta selección se asegura que la carga de rotura de las cadenas sea 7 veces

mayor a la carga de trabajo. Esta selección es cuando la máquina se encuentra

operando al 100% de su capacidad nominal, por lo que para una selección real se

tomara en cuenta que la maquina opera al 50% de su capacidad total. La potencia

que se tiene actualmente la máquina es de 10Hp, esta potencia sobrepasa a la

potencia obtenida en los cálculos de 6Hp, que se detalla en la Tabla 3.1, por lo que

la selección de las cadenas se establece de la siguiente manera.

La cadena ASA/AISI 60-1 no se reemplaza, debido a que en operación esta

cadena no sufre alteraciones y se mantiene la cadena ASA/AISI 60-1.Para la

cadena ASA/AISI 80-1, se reemplazara por la cadena ASA/AISI 80-2.

3.2.2 SELECCIÓN DE LAS CATARINAS

En el eje de los rodillos intermedios se requiere una velocidad angular de 9 [rpm].

En la Figura 3-5

49

Figura 3-5. Disposición de las catarinas

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Se sabe que la velocidad que entrega el eje del motor es 1745 [rpm], esto al dividir

para las rpm del reducto se obtiene la relación de trasmisión.

Y - Z;[\9]4.4^_`_aXabcde`_a (Ec. 3.16)

Y - 1745 S/IXV20 S/IXV - 87.2 (Ec. 3.17)

La velocidad angular de las catarinas ubicadas en el eje del motorreductor es:

Yf - 20 S/IXV Entonces se debe seleccionar las catarinas con un número de dientes adecuado,

teniendo en cuenta la limitación de espacio para su montaje, la disponibilidad en el

mercado y también su precio. Por lo tanto los números de dientes para una primera

aproximación de las catarinas seleccionadas son:

gf - 14

gN - 40

50

gh - 20

gi - 15

A continuación se determina las velocidades angulares de las ruedas 1 y 2:

YfYN - gNgf (Ec. 3.18)11

YN - 7 S/IXV YNYh - ghgN (Ec. 3.19)

Yh - 20 S/IXV La velocidad angular en la rueda 3 es 20 [rpm] y en la rueda 4, 5, 6 es de 9 [rpm],

lo cual es aproximado a las velocidades requeridas. Por lo tanto los códigos de las

catarinas seleccionadas son:

Catarina 1: 120 3B 11

jf - 5.9 SIk[lV - 152.4 SXXV

Catarina 2: 120 3B 12

jN - 6.49 SIk[lV - 165 SXXV Catarina 3: 140 3B 20

jh - 12.09 SIk[lV - 307.3 SXXV Catarina 4, 5, 6: 140 3B – 11

ji,n,o - 7.01 SIk[lV - 178.1 SXXV

11 Manual de Diseño Mecánico; Joseph Edward Shigley; 1989

51

Esta selección es cuando la máquina se encuentra operando al 100% de su

capacidad nominal, por lo que para una selección real se tomara en cuenta que la

maquina opera al 50% de su capacidad total. La potencia que se tiene actualmente

la máquina es de 10Hp, esta potencia sobrepasa a la potencia obtenida en los

cálculos de 6Hp, que se detalla en la Tabla 3.1, por lo que la selección de las

cadenas se establece de la siguiente manera.

Catarina 1: 60 B 17

jf - 4,46 SIk[lV - 113.3 SXXV Catarina 2: 60 B 26

jN - 6.63 SIk[lV - 168.4 SXXV Catarina 3: 100 2B 29

jh - 12.24 SIk[lV - 310.9 SXXV Catarina 4, 5, 6: 100 2B 10

ji,n,o - 4.58 SIk[lV - 116.3 SXXV Esta selección es la que más se ajusta a los ejes que se tiene en la máquina.

Los catálogos en donde se especifican las medidas de estas catarinas están en el

ANEXO B. ESPECIFICACIONES DE CATARINAS.

3.2.3 LONGITUDES DE LAS CADENAS

Se conoce de antemano las distancias entre centro de las catarinas y también sus

diámetros y números de dientes, por lo tanto para iniciar al cálculo de la longitud de

las cadenas se definió el concepto de selección de cadenas y catarinas por

resistencia ultima a tracción.

52

3.2.3.1 Cadena que transmite movimiento de catarina 1 a 212

La selección de la longitud de la cadena se establece con las siguientes

ecuaciones. Estos valores se pueden identificar en el anexo B.

5 - 2p : WN : Wf2 : (WN 6 Wf)N4 D qN D p (Ec. 3.20)

p - 14 r5 6 WN : Wf2 : st5 6 WN : Wf2 uN 6 8(WN 6 Wf)4 D qN v (Ec. 3.21)

Donde: 5 - [\Yl]wk4 4; [. 9.4;Y. I - I.x\ 4; [. 9.4;Y. - 0.75SP[lV p - 4]xw.Y9]. ;Yw/; 9;Yw/\x - SI[l 6 9XV Wf - YúX;/\ 4; 4];Yw;x 4; [. /k;4. X;Y\/ - 17 WN - YúX;/\ 4; 4];Yw;x 4; [. /k;4. X.?\/ - 26

Tabla 3-3. Longitud de la cadena que trasmite poten cia de la Catarina 1 a 2 Datos Incógnitas C pasos recomendados 30-50 40 L (in-cm) 76 192,4 N1 17 C (in-cm) 20,32 51,6 N2 26 D1 (in-cm) 4,08 10,4 P paso cadena 0,75 D2 (in-cm) 6,23 15,8 θ1 (deg) 174 θ2 (deg) 186

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Luego del cálculo anterior se puede graficar todos los parámetros, como se

muestra en la Figura 3-6.

12 MOTT, R: Diseño de Elementos de Maquinas: Editorial PEARSON Educación 4ta Edición: México: 2006: Pag. 288.

53

Figura 3-6. Longitud de la cadena ASA/AISI 60-1

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

3.2.3.2 Cadena que transmite movimiento de catarina 3 a 4, 5, 613

La selección de la longitud de la cadena se establece con las siguientes

ecuaciones.

Donde:

5 - [\Yl]wk4 4; [. 9.4;Y. I - I.x\ 4; [. 9.4;Y. - 1.25S I[lV p - 4]xw.Y9]. ;Yw/; 9;Yw/\x - SI[l 6 9XV Wf - YúX;/\ 4; 4];Yw;x 4; [. /k;4. X;Y\/ - 29 WN - YúX;/\ 4; 4];Yw;x 4; [. /k;4. X.?\/ - 10

13 MOTT, R: Diseño de Elementos de Maquinas: Editorial PEARSON Educación 4ta Edición: México: 2006: Pag. 288.

54

Tabla 3-4. Longitud de la cadena que trasmite poten cia de la Catarina 3 a 4,5,6

Datos Incógnitas C pasos recomendados 30-50 40 L (in-cm) 124 314,3 N1 29 C (in-cm) 65,05 165,2 N2 10 D1 (in-cm) 11,57 29,4 P paso cadena 1,25 D2 (in-cm) 4,05 10,3

θ1 (deg) 187 θ2 (deg) 173

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Luego del cálculo anterior se puede graficar todos los parámetros, como se

muestra en la Figura 3-7.

Figura 3-7. Longitud de la cadena ASA/AISI 100-2

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

55

3.3 CÁLCULOS DE LOS ELEMENTOS BAROLADORES

3.3.1 RODILLO BAROLADOR

El análisis estático de las fuerzas que intervienen en el proceso de barolado parte

del pre doblado de la lámina donde se necesita una fuerza de barolado (Fb) como

se indica en la figura 3.2 capaz de generar el momento límite o deformación

permanente de la lámina con la curvatura deseada de acuerdo al desplazamiento

del rodillo barolador, esta fuerza actúa con un ángulo de 60º respecto a la

horizontal debido a que es una baroladora tipo Pinch.

Además de esta fuerza existe el rozamiento (Fr) como se indica en la Figura 3-8

entre el material y el rodillo de barolado, el cual es perpendicular a la fuerza de

barolado.

Figura 3-8 Fuerza de barolado y rozamiento en el pr e doblado

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

A continuación se realiza el diagrama de cuerpo libre de la lámina a barolar donde

se encuentran las reacciones Fm, Fa ejercidas sobre la lámina, junto con el

momento límite producto del empotramiento, y la descomposición de la fuerza de

barolado y la fuerza de rozamiento en sus componentes x e y como se indica en la

Figura 3-9

56

Figura 3-9 Diagrama de cuerpo libre de la lámina a barolar

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

C/ - C3 D z (Ec. 3.22)

C/? - C/ D sin 30° (Ec. 3.23)

C/| - C/ D cos 30° (Ec. 3.24)

C3| - C3 D cos 60° (Ec. 3.25)

C3? - C3 D sin 60° (Ec. 3.26)

Se realiza la sumatoria de fuerzas y momentos de acuerdo al diagrama de cuerpo

libre de la Figura 3-9

} C| - 0 (Ec. 3.27)

CX 6 C/| 6 C3| - 0 (Ec. 3.28)

CX - C/| : C3| (Ec. 3.29)

} C? - 0 (Ec. 3.30)

6C. 6 C/? : C3? - 0 (Ec. 3.31)

C. - C3? 6 C/? (Ec. 3.31)

} B~ - 0 (Ec. 3.32)

57

6B[ 6 C/?(5) : C3?(5) - 0 (Ec. 3.33)

6B[ : C3 D cos 30° D 5 6 z D C3 D cos 60° D 5 - 0 (Ec. 3.34)

6B[ : C3 D √32 D 5 6 z D C32 D 5 - 0 (Ec. 3.35)

6B[ : C3 D 5 D M√32 6 z2O - 0 (Ec. 3.36)

C3 - B[12 D 5 D �√3 6 z� (Ec. 3.37)

Figura 3-10 Diagrama de fuerzas sobre rodillo barol ador

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

C3? - C3 D cos 30° (Ec. 3.38)

C3? - 16224.8 D cos 30° - 14053.23 W C3| - 8108.66 W

58

C/? - C/ D cos 60° C/| - 10394.61 W

} Bg~ - 0 6C/? D (724) 6 C3? D (724) : C�? D (1418) - 0

C�? - 138492 W - C~? } B�~ - 0

6C3| D 724 6 C/| D (724) 6 C�� D (1418) - 0 C�| - 15786.92 W - C~|

3.3.2 RODILLO SUPERIOR E INFERIOR

Ahora se analiza el rodillo superior e inferior siguiendo el mismo procedimiento del

rodillo barolador. Tanto el rodillo superior como inferior están sometidos a las

mismas fuerzas por lo que el análisis y diseño se hará solo para el rodillo inferior.

Figura 3-11 Diagrama de fuerzas sobre rodillo infer ior

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

59

} Bg~ - 0 6C�? D (1418) : C. D (724) - 0

C�? - 1384.92 W } C? - 0

6C~? 6 C�? : C. - 0 C~? - 6C�? : C. C~? - 1384.92 W

} C� - 0 CX 6 C~| 6 C�| - 0

CX - C~| : C�| C~| - C�|

C~| - CX2 C~| - 15786.92 W C�| - 15786.92 W

BX.| ? 6 | - C. D 7241000 - 3098.4 W QX.| - 481 W 6 X

Combinacion de esfuerzos (flexion y torsion)

� - B max ? 6 | D pL L - q D (4i 6 4]i)64 L - 1.27� 6 0.5 Xi

� - B max ? 6 | D pL

60

� - Q D /� � - q32 D (0.09i 6 0.074i)

� - 3497� 6 9 Xi Sut del matertial de los rodillos Sut=415 Mpa

�> - ��|N : 3�|?N (Ec 3.39) �� - 87.44 WXN

Y - 41587.44 Y - 4.74

Establecido los valores de los momentos, torques, esfuerzos y factores de

seguridad se compara los valores como se indica en la tabla , para encontrar el

rodillo más crítico y tomar a ese como referencia para obtener un diseño

conservador.

Tabla 3-5 Selección del rodillo critico

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Como se puede observar el rodillo barolador es el más crítico al combinar

esfuerzos.

Rodillos

superior

Rodillo

inferior

Rodillo

barolador

Mmax 115 115 309844

σ 86,77 Mn/m2 86,77 Mn/m3 150,41 MN/m4

Tmax 481,95 N-m 481,95 N-m 312,57 N-m

τ 6201815,84 N/m2 6201815,84 N/m2 4022204,74 N/m2

87,44 Mpa 87,44 Mpa 175,09 Mpa

n 4,74 4,74 2,37

σ'= ��� : �����

61

Una vez comprobado que los rodillos no fallan por cargas estáticas, se analiza a la

fatiga14, ya que los rodillos experimentan cargas fluctuantes generando tensión y

compresión por cada revolución que ejercen.

Kkw - 60.19 �x] - 415 BP. (Ec. 3.40)

K; - 0.5(Kkw) - 0.5(60.19) - 30.09 Tx] - 207.5 BP.

� - 0.90

. - � D KkwNK; - 108.36 Tx] 3 - 6 13 D [\l t� D KkwK; u - 60.0851

K� - . D W�

Donde

K� - �.

�. - 175.09 BI. ( p\X3]Y.9]\Y 4; ;x�k;/�\x 4;[ /\4][[\ 3./\[.4\/, Tabla 3 5 6 5)

W - .[ YúX;/\ 4; 9]9[\x \ �]4. 4;[ ;[;X;Yw\

6.91 factor de conversión de Mpa a Ksi

W - ��.. �f/� - F 175.096.91|108.36Gf/��.��nf

W - 2.65|10�9]9[\x

Vida planteada en el diseño 10 .ñ\x - 6.55|10o9]9[\x

Los rodillos resisten a la fatiga y cumplen con los siclos de vida propuesta

3.3.3 DISEÑO DE COJINETES

Los cojinetes que se usarán deben ser compactos debido al poco espacio que se

tiene dentro de las placas de soporte. Por eso se pensará en un diseño de

cojinetes de superficie plana también conocidos como bocines.

Para el diseño de los cojinetes se analizarán dos tipos de carga, en los rodillos

superior e inferior se utilizará la carga Fa (fuerza de aplastamiento) y para el rodillo

barolador se utilizará la carga Fb (fuerza de barolado).

14 SHIGLEY, Diseño en ingeniería mecánica, pp. 265-278

62

3.3.3.1 Cojinetes con carga Fa

Se establecen las dimensiones principales para la comprobación de la resistencia 15

del diseño.

L=30mm

D=45mm

La carga vertical (Fa) se distribuye en sus dos apoyos (cojinetes) obteniendo el

siguiente análisis de fuerzas sobre cada bocín.

Donde

C9 - C.2 C9 - 4655.82 - 2327.94 W

Figura 3-12 Diagrama de fuerzas en cojinetes con ca rga Fa

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

La Tabla 3-6, se utiliza para el diseño de cojinetes.

15 MOTT, ROBERT L, Diseño de elementos de máquinas, pp 668-671

63

Tabla 3-6 Nomenclatura para el cálculo de los cojin etes

Nomenclatura Descripción

Fa Fuerza de aplastamiento

W Peso del rodillo

Ry Reacciones en el eje y

Rx Reacciones en el eje x

D Diámetro interior del cojinete

Fc Fuerza aplicada a cada cojinete

L Longitud del cojinete (mm)

p Presión sobre el cojinete (kpa)

V Velocidad de giro del cojinete (m/s)

n Velocidad en rpm

Fs Factor de seguridad

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Se establece una relación de longitud a diámetro (L/D) entre 0.5 a 2 para cojinetes

de forma típica no lubricada, para comprobar las dimensiones16.

5j - 0.667

5 D j - 1350 XXN

Z - q. j. Y60000

Z - q. 45.2160000

Z - 0.049 X/x

Se calcula la presión sobre el cojinete

I - C. 95. j

I - 2327.94 W1350 XXN

I - 1.72 BI.

16 MOTT, ROBERT L, Diseño de elementos de máquinas, pp 670

64

Transformando esto a kPa

I - 1724 �P.

IZ - (1724�P.) D (0.049X/x)

IZ - 84.49 �P.. X/x

Se compara este valor con pV del bronce SAE 65, un material para fabricar

rodamientos planos que tiene un pv de 350 kPa.m/s, lo que garantiza la resistencia

al aplastamiento y la abrasión, al utilizar este material se tiene un factor de

seguridad de :

Cx - 35089.62 - 3.9

3.3.3.2 Cojinetes con carga Fb

Se establecen las mismas dimensiones de los cojinetes con carga Fa para los

cojinetes con carga Fb y se realiza el mismo procedimiento de análisis.

L=30mm

D=45mm

La carga inclinada Fb se distribuye en sus dos apoyos ( cojinetes) obteniendo el

siguiente análisis de fuerzas sobre cada bocin.

Donde

C9 - C32 C9 - 93872 - 4693.5 W

65

Figura 3-13 Diagrama de fuerzas en cojinetes con ca rga Fb

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

5j - 0.667

5 D j - 1350 XXN

Z - q. j. Y60000

Z - q. 45.2160000

Z - 0.049 X/x

Se calcula la presión sobre el cojinete

I - C. 95. j

I - 4693.5 W1350 XXN

I - 3.47 BI.

Transformando esto a kPa

I - 3476 �P.

IZ - (3476 �P.) D (0.049X/x)

IZ - 170.35 �P.. X/x

66

Se compara este valor con pV del bronce SAE 65, materia para fabricar

rodamientos planos que tiene un pv de 350 kPa.m/s, lo que garantiza la

resistencia al aplastamiento y la abrasión, al utilizar este material se tiene un factor

de seguridad de :

Cx - 350170.35 - 2.05

Se selecciona los bocines con carga crítica como se indica en la tabla

Tabla 3-7 Selección de cojinetes con carga critica

Carga aplicada al

cojinete Factor pV

(kPa.m/s) Factor de

seguridad

Cojinetes con

carga Fa Fc=2327,94 N pV=84,49 3,9

Cojinetes con

carga Fb FC4693,5 N pV=170,35 2,05

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

3.4 CÁLCULOS DEL SISTEMA HIDRÁULICO

En la Tabla 3-1 , se puede apreciar el orden de los datos e incógnitas, estos datos

se trató en la sección 3.1.2, en donde se puede valorar la fuerza necesaria para

ejercer la fuerza hidráulica, con la que posteriormente se estudiara en la selección

de todo el sistema hidráulico.

3.4.1 SELECCIÓN DEL SISTEMA HIDRÁULICO

Para empezar con el diseño del sistema hidráulico se toma en cuenta la fuerza

para barolar, que se trata en la Tabla 3-1 PRESIÓN MÁXIMA DEL SISTEMA PMÁX

Para el cálculo del diámetro del cilindro se establece dos datos, presión y fuerza, la

presión se establece conforme a disponibilidad en el mercado y la fuerza se

estableció en la Tabla 3-2

C - P~� (Ec. 3.41)

67

~� - q � j� N4 - CP (Ec. 3.42)

~� - 4480 S[3�V145 SIx]V - 30.9 S]YV

j� - s4. Pq. C (Ec. 3.43)

je - 6.3 Ik[l.4.x � 2.54 9X1 Ik[l.4.� - 15.9 9X

Para la presión requerida en el pistón se parte de la fuerza total y del área del

pistón.

3.4.2 CAUDAL REQUERIDO Q

Para este caso se toma en cuenta las características de la máquina, las cuales de

cierto modo limitan y condicionan el cálculo, es por eso que se tiene una longitud

de carrera L de 200 mm. La condición es debido a que la maquina posee una

estructura ya delimitada para instalar los soportes para los cilindros hidráulicos. El

tiempo debido a la práctica debe de ser de 60s.

Por tal motivo el tiempo para recorrer los 250 mm será de 15 segundos. Debido a

esto la velocidad del pistón VC será:

Ze - 5w  (Ec. 3.44)

Donde:

L = Carrera del pistón (250 mm)

tL = Tiempo que el pistón demore en recorrer los 250 mm cuando no exista carga

alguna

Ze - 250 XX15 x;l - 16.667 XX/x

68

El caudal del sistema o requerido Q será:

¡ - Ze � ~e (Ec. 3.45)

¡ - 16.667 XXx � 7700 XXN - 128355.0 XXhx ¡ - 128355.0 XXhx - 2.033 ¢PB

3.4.3 CÁLCULO DE POTENCIAS

Para el desarrollo de las potencias en los principales elementos hidráulicos del

sistema se deben tomar eficiencias y por tanto pérdidas que existirán en los

mismos, para ello se puede observar la siguiente figura:

POTENCIA ELECTRICA

POTENCIA DEENTRADA

5 % MOTORELECTRICO

10 % BOMBA

10 % VALVULASTUBERIAS

5 - 10 % CILINDROSMOTORES

70 - 75 % POTENCIA DESALIDA

M

Figura 3-14. Diagrama Sankey que representa los val ores promedios de las respectivas eficiencias para cada elemento hidráulico 17

17 TECSUP-Campus Virtual; “Manual Fundamentos de Hidráulica”; Sección Mandos Hidráulicos

pág. 59.

69

3.4.3.1 Potencia en la bomba

Potencia teórica en la bomba Ptb:

P̀ � - ¡ � P̂ á£�1714 (Ec. 3.46)

P̀ � - 2.033 ¢PB � 1450 PKL1714 - 1.7 ¤P

Tomando en cuenta una eficiencia ƞb en la bomba de 0.8 se tiene una potencia

real Prb en la bomba

Pa� - P̀ � (Ec. 3.47)

Pa� - 1.7 ¤P 0.8 - 2.15 ¤P

Elegimos una bomba e 2 hp.

3.4.3.2 Potencia en el motor

Con una eficiencia ƞm en el motor de 0.8 se tiene una potencia en el motor de:

P̂ - Pa� ̂ (Ec. 3.48)

P̂ - 2.15 ¤P0.8 - 2.69 ¤P

Relacionando la potencia obtenida con catálogos existentes en el mercado ANEXO

C. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA UN MOTOR TRIFÁSICO DE 2HP Y

3HP MARCA SIEMENS seleccionamos un motor de 3 HP. Además de eso también

se puede ver que la selección incluye una velocidad de 1800 rpm y 220 V de

entrada.

70

3.4.4 SELECCIÓN DE VÁLVULAS

3.4.4.1 Cálculo de la presión en la válvula de alivio

La presión en la válvula de alivio Pva debería ser un 5% más que la presión máxima

del sistema, como se indica a continuación:

P¥¦ - P̂ ᣧ : �P̂ ᣧ � 0.05� (Ec. 3.49)

P¥¦ - 1450 PKL : (145 PKL � 0.05)

P¥¦ - 1522.5 PKL - 10497.6 TI.

3.4.4.2 Determinación de la válvula reguladora de flujo

Para seleccionar la válvula se tomó en cuenta el caudal máximo del sistema el

mismo que es el caudal nominal de la bomba hidráulica, para lo cual

seleccionamos una válvula reguladora de un rango de 2 - 0.1 GPM y una presión

de operación máxima de 1450 PSI.

3.4.5 SELECCIÓN DE TUBERÍAS

Como se puede observar en la Figura 3-15 se representan tres diferentes líneas:

71

Figura 3-15. Diagrama del sistema hidráulico 18

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

• Línea de succión

• Línea de descarga del fluido

• Línea de alta presión

Para la selección de las tuberías se debe tomar en cuenta principalmente los

caudales y las áreas, ya que esos parámetros determinan la velocidad del fluido.

La velocidad del fluido está limitada debido a pérdidas de energía existentes que

se causan debido al rozamiento entre el fluido y la tubería. Debido a eso se

recomiendan las siguientes velocidades:

18 Diagrama realizado en el software Festo Hidráulica.

72

Tabla 3-8. Límites de velocidades recomendados para las diferentes líneas 19

LÍNEAS EXISTENTE EN UN

SISTEMA HIDRÁULICO

VELOCIDAD

RECOMENDADA (m/s)

Líneas de succión Vsucción < 1.5

Líneas de retorno al tanque Vretorno < 3.0

Líneas de presión Vpresión < 5.0

Velocidad de los actuadores Vactuadores < 1.0

Fuente: Propia Elaboración: Propia

3.4.5.1 Selección de la tubería para la línea de succión

Se tiene que el caudal del sistema o requerido Q es de:

¡ - 128355.0 XXhx ¡ - Z̈ � ~¨ (Ec. 3.50)

Donde Vs = Velocidad del fluido en la línea o tubería de succión del sistema

As = Área interna de la tubería de succión del sistema

~¨ - ¡Z̈ - 128355.0 XXhx650 XXx - 197.5 XXN

Con este dato del área se puede calcular el diámetro interno de la tubería de

succión Ds

~¨ - q � j¨N 4 (Ec. 3.51)

j¨ - s4 � ~¨ q - s4 � 197.5 XXN q - 15.9 XX © 12 Ik[l

19 Información tomada del “Manual Fundamentos de Hidráulica”; TECSUP-Campus Virtual; Sección Mandos Hidráulicos

73

3.4.5.2 Selección de tuberías para las líneas de presión y de retorno o descarga al

tanque

En este caso se debe tomar en cuenta que la línea de la tubería de succión es

relativamente igual a la línea de presión, ya que para ubicar al pistón en la posición

B Figura 3-15 se necesita bombear líquido, es decir en esa línea se tendrá líquido

a alta presión.

Por lo tanto se tiene lo siguiente:

¡ - Z§/a � ~§/a (Ec. 3.52)

Donde Vp/r = Velocidad del fluido en la tubería de presión y retorno al

depósito del sistema.

Ap/r = Área interna de la tubería de presión y retorno al depósito del

sistema.

~§/a - ¡Z§/a - 128355.0 XXhx3000 XXx - 42.8 XXN Con este dato del área se puede calcular el diámetro interno de la tubería de

presión y retorno al depósito Dp/r

~§/a - ª� «¬/­® i (Ec. 3.53).

j§/a - s4 � ~§/a q - s4 � 42.8 XXN q - 7.4 XX © 516 Ik[l

3.4.5.3 Selección de la tubería adecuada

De los catálogos de HRW y Strongflex (Anexo D) se puede observar que la tubería

que cumple los debidos requerimientos es la SAE 100 R1AT. Debido a esto se

seleccionan las tuberías que poseen los diámetros internos de ½ y 5/16 pulgada

cuyas características satisfacen el diseño de trabajo y operación del sistema.

74

3.4.6 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL DEPÓSITO DEL SISTEMA

Como se mencionó anteriormente en el segundo capítulo sobre el depósito o

tanque de almacenamiento, este depósito debe ser 2 ó 3 veces el caudal de la

bomba en litros por minuto, debido a esto se tiene:

¡ - 2.033 ¢PB - 9.23 [/X]Y

Z« - 3¡ (Ec. 3.54)

Donde VD = Volumen del depósito o tanque de almacenamiento

Z« - 3 � 9.23 [X]Y - 23.1 []w/\x - 23100 99 © 6.1 l.[\Y;x

Según los cálculos obtenidos se puede apreciar que el volumen del depósito es aproximadamente 20 litros. Con este valor volumétrico se puede dimensionar al depósito del sistema mediante tablas normalizadas

Tabla 3-9 con el fin de obtener un correcto funcionamiento de todo el sistema

Tabla 3-9. Dimensionamiento del depósito del fluido hidráulico para el sistema en función del volumen

necesario en litros 20

20 PARKER Training; (1999); “Tecnología Hidráulica Industrial”; Jacareí - São Paulo; pág. 15

75

De la Tabla 3-9. Se puede ver que para este caso lo más conveniente es la

selección de un depósito de 20 litros

3.4.7 SELECCIÓN DEL PISTÓN DE DOBLE EFECTO

La selección y dimensionamiento de este elemento están limitadas a la presión del

sistema y el diseño de la máquina (medidas y forma de operación). Por esta razón

se tiene lo siguiente:

• Carrera: 200 mm • Diámetro del pistón: 3.94 pulgadas (100 mm) • Espacio disponible o alto: 280 mm • Diámetro del vástago: 70 mm • Tipo de acople o montaje: Brida trasera • Rosca interna de sujeción en el vástago: 5/8 pulgada * 30 mm de

profundidad.

Figura 3-16. Especificación de una rosca interna en el vástago 21

Los datos obtenidos de diámetro del vástago y tipo de acople han sido

seleccionados del catálogo de FAP (Anexo E) los cuales siguen la norma ISO 6022

para pistones.

3.4.8 CARACTERÍSTICAS FINALES DEL SISTEMA HIDRÁULICO

De los resultados obtenidos se puede realizar una tabla, la cual especifique las

suficientes características de cada elemento y del sistema en general.

21 Imagen tomada del catálogo de la FAP Cilindros Hidráulicos CHB (según norma ISO 6022), pág-4.

76

Tabla 3-10. Cálculos del sistema hidráulico

DENOMINACION SISTEMA HIDRAULICO PRESIÓN MÁXIMA DE LA BOMBA Pmaxb(bar,psi) 100,0 1450,0

FUERZA DEL CILINDRO F(tonf,lbf) 2,0 4480,0 AREA DEL CILINDRO Ac (in2,cm2) 11,9 77,0

DIÁMETRO DEL CILINDRO DC(in,cm) 3,94 10,0 CARRERA DEL PISTÓN y(mm) 250,0

TIEMPO DE CARRERA ty(s) 15,0

CAUDAL DEL SISTEMA Q(mm3/s,GPM) 128355,0 2,033

POTENCIA TEÓRICA BOMBA Ptb(hp) 1,7

POTENCIA REAL BOMBA Prb(hp) 2,15

POTENCIA DEL MOTOR Pm(hp) 2,69

VALVULAS

PRESIÓN DE LA VÁLVULA DE ALIVIO Pva(psi,Kpa) 1522,5 10497,6

PRESIÓN VÁLVULA REGULADORA DE FLUJO VRF(gpm,psi) 2,0 1450,0

TUBERIA SUCCION VELOCIDAD DE SUCCIÓN RECOMENDADA

Vs <1,5m/s (m/s,mm/s) 0,65 650,0

ÁREA DE SUCCIÓN As(mm2) 197,5 DIÁMETRO DE SUCCIÓN Ds(mm,plg) 15,9 0,6 VELOCIDAD DE PRESIÓN Y RETORNO RECOMENDADA

Vp/r <3,5m/s (m/s,mm/s) 3,00 3000,0

ÁREA DE PRESIÓN Y RETORNO Ap/r (mm2) 42,8 DIÁMETRO DE PRESIÓN Y RETORNO Dp/r (mm,plg) 7,4 0,29 VOLUMEN DEL DEPOSITO VOLUMEN DEL DEPOSITO VD (gal,lt) 6,1 23,1 RPM DEL MOTOR RPM 1800 TORQUE NOMINAL Tnom(lb-plg) 94,1 FACTOR DE SEGURIDAD FS 1,3 TORQUE DE DISEÑO Tdis(lb-plg) 117,6

77

Tabla 3-11. Selección de elementos del sistema hidr áulico Elemento Características o especificaciones

Presión del sistema 1450 PSI

Carga a aplicarse 2 Toneladas

Caudal del sistema 2 GPM

Pistón de doble efecto

Diámetro del pistón: 3.94 pulg. (100 mm)

Carrera: 250 mm

Espacio disponible: 280mm

Diámetro del vástago: 70mm (La más

próxima en pulgadas)

Tipo de acople o montaje: Brida trasera

Rosca interna de sujeción en el vástago: 5/8

pulg * 30 mm de profundidad

Bomba de engranes

Caudal: 2 GPM

Caballaje: 2 HP

RPM: 1800 rpm

Motor trifásico

Caballaje del motor: 3 HP RPM: 1750 rpm Voltaje: 220 V Amperaje: 8,5 A Tipo de corriente: AC Tipo de arranque: Directo (sin arrancador)

Válvula de alivio Presión de trabajo: 1450 psi

Válvula regula de flujo o de caudal

bidireccional

Presión de trabajo: 1450 psi

Variación de flujo: 2 – 0,1 GPM

Válvula de control direccional 4 vías – 3

posiciones

Tipo: Tándem Tipo de accionamiento: Manual con enclavamiento Presión de trabajo: 1450 psi

Unión Motor – Bomba Diámetros de acople: En función de los

diámetros de los ejes del motor y bomba

Manguera de succión

Diámetro interno de la manguera: ½ pulg.

Tipo de manguera: SAE 100R1 AT

Presión de trabajo (según catálogo): 2320

psi

Longitud: 3 m

78

Tabla 3.11 Selección de elementos del sistema hidrá ulico (continuación)

Manguera de presión y descarga al depósito

Diámetro interno de la manguera: 5/16 pulg.

Tipo de manguera: SAE 100R1 AT

Presión de trabajo (según catálogo): 3100

psi

Longitud: 3 m

Tanque de almacenamiento del fluido de

trabajo y filtros de succión y descarga

Tanque atmosférico cerrado

Volumen: 6.1 Galones

Caudalímetro Presión de trabajo: 1450 PSI

Manómetro Presión de trabajo: 1450 PSI

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

3.4.9 SELECCIÓN DEL ACEITE HIDRÁULICO

La correcta selección del aceite hidráulico permite que se obtenga un buen

funcionamiento del mismo, pues se logrará una rápida aplicación de la carga,

buena lubricación, facilidad de control de la velocidad y se tendrá un rápido

incremento o cambio de dirección de la fuerza.

La mayoría de los sistemas hidráulicos industriales que operan a temperaturas

normales tienen bombas que requieren aceites con un grado de viscosidad entre 5

y 100 ISO, aunque los grados más comúnmente usados están entre 32 y 4622.

Debido a esto se ha seleccionado un aceite adecuado para realizar este tipo de

trabajos, siendo este el aceite ISO 32, el mismo que tiene las siguientes

equivalencias y clasificaciones (Tabla 3-9 y Tabla 3-10).

22 SHELL; Tutor de lubricación; Lubricantes para sistemas hidráulicos; Módulo 5;pág. 42; http://www.brettis.com/shell/05%20TUTOR%20LUBRICACION%20SHELL%20-%20Aceites- Hidraulicos.pdf

79

Tabla 3-12 Equivalencias entre los diferentes sistemas de clas ificación de la viscosidad

Grado ISO

Grado ASTM

Grado AGMA

Grado SAE Motor Engranajes

Unigrado Multigrado Unigrado Multigrado

10

15 75

22 105 0W, 5W 75W

32 150 10W

46 215 1 10, 15W

68,68EP

315

2, 2EP

20W, 20 10W30, 20W20

80, 80W

100,100EP

465

3, 3EP

25W, 30 5W50,

15W40

150, 150EP

700

4, 4EP

40 15W50,

20W40

220, 220EP

1000

5, 5EP

50

90

85W90

320, 320 EP

1500

6, 6EP

85W140

460, 460EP, 460C

2150

7, 7EP,

7C

140

680, 680EP, 680C

3150

8, 8EP,

8C

1000, 1000EP, 1000C

4650

9, 9EP,

9C

1500, 1500EP, 1500C

7000

10, 10EP, 10C

250

80

Tabla 3-13. Clasificación ISO de los aceites industr iales 23

Grado ISO

Límites de viscosid ad

cSt/40 ºC SSU/100 ºF SSU/210 ºF

Mín Máx Mín Máx Mín Máx

2 1.98 2.42 32.8 34.4

3 2.88 3.52 36.0 38.2

5 4.14 5.06 40.4 43.5

7 6.12 7.48 47.2 52.0

10 9.00 11.00 57.6 65.3 34.6 35.7

15 13.50 16.50 75.8 89.1 37.0 38.3

22 19.80 24.20 105.0 126.0 39.7 41.4

32 28.80 35.20 149.0 182.0 43.0 45.0

46 41.40 50.60 214.0 262.0 47.1 49.9

68 61.20 74.80 317.0 389.0 52.9 56.9

100 90.00 110.00 469.0 575.0 61.2 66.9

150 135.00 165.00 709.0 871.0 73.8 81.9

220 198.00 242.00 1047.0 1283.0 90.4 101.0

320 288.00 352.00 1533.0 1881.0 112.0 126.0

460 414.00 506.00 2214.0 2719.0 139.0 158.0

680 612.00 748.00 3298.0 4048.0 178.0 202.0

1000 900.00 1100.00 4864.0 5975.0 226.0 256.0

1500 1350.00 1650.00 7865.0 9079.0 291.0 331.0

23 http://www.mantenimientomundial.com/sites/mm/notas/bo2.pdf

81

3.4.10 BENEFICIOS DEL ACEITE HIDRÁULICO

• Vida útil del equipo más larga: Su paquete antidesgasté especial

reduce el desgaste mediante la protección de superficies cuando la

carga provoca la falla de la película de lubricante.

• Reducción en el tiempo de reparación: Su efectivo inhibidor de

herrumbre y oxidación evita la producción de partículas abrasivas en

la formación de herrumbre, así como depósitos, barnices y lodos

derivados de las fallas en el aceite, las cuales pueden dañar las

superficies y juntas del equipo y bloquear los filtros de forma

prematura.

• Operación libre de problemas: Sus características de buena

estabilidad hidrolítica y de separación del agua proporcionan

excelente filtrabilidad en la presencia de contaminación por agua. Sus

buenas propiedades anti- espuma y de liberación de aire aseguran

una operación suave y eficiencia del sistema.

• Vida extendida de servicio del aceite: Su alta estabilidad a la

oxidación resiste el engrosamiento del aceite y la formación de

depósitos en servicio, eliminando la necesidad del cambio no

programado del fluido hidráulico.

3.4.11 APLICACIONES DEL ACEITE HIDRÁULICO

Es recomendado para:

• Bombas vane, de pistón, o de engranes, especialmente cuando

las presiones exceden los 1000 psi.

• Compresores reciprocantes ligeramente cargados.

• Motores y chumaceras.

• Está diseñado para dar una máxima protección de las bombas

hidráulicas en sistemas móviles y estacionarios.

• Engranajes de reducción de equipos hidráulicos.

• Chumaceras sencillas y antifricción.

• Sistemas de aceite circulante

82

• Para lubricación de engranajes como aceites para engranajes

con inhibición de herrumbre y oxidación.

3.5 SELECCIÓN DE LA UNIÓN MOTOR-BOMBA (MATRIMONIO)

La unión motor-bomba o matrimonio (comúnmente llamado) es un accesorio

importante, ya que este transmite la potencia y revoluciones desde el motor hacia

la bomba con el fin de obtener el caudal adecuado (2 GPM) y la potencia

necesaria para generar los 1450 psi requeridos.

Como se puede apreciar en la selección de la bomba y el motor, se requieren de

1800 rpm en los dos casos, es decir, lo que se necesita es que el número de

revoluciones sea el mismo tanto en la bomba como en el motor, por este motivo

no se colocará ningún medio que reduzca la velocidad, colocándose así una unión

directa entre los ejes de la bomba y el motor.

3.5.1 CÁLCULO DEL TORQUE NOMINAL TNOM

Para el cálculo del torque nominal se tiene la siguiente fórmula:

Q̄ _^ - P̂ � 630258PB [3 6 ]Y (Ec. 3.55)

Dónde: Pm = Potencia en el motor en HP

RPM= Revoluciones por minuto

83

Por lo tanto se tiene lo siguiente

Q̄ _^ - 2.69 � 630251800 - 94.1 [3 6 ]Y

3.5.2 CÁLCULO DEL TORQUE DE DISEÑO TDIS

Cabe notar a continuación que la siguiente unión motor-bomba será para un

motor eléctrico con torque estándar, el cual accionará una bomba de engranes.

Debido a esto se seleccionará un factor de aplicación de servicio para el matrimonio de la Tabla 3-14.

Tabla 3-14. Factor de aplicación de servicio en función de las características del motor y bomba

De la Tabla 3-14. Se pue

24 Información tomada del cat

pág. 20; www.lovejoy-inc.com

Factor de aplicación de servicio en función de las características del motor y bomba

uede apreciar que el factor de servicio es d

álogo para unión motor – bomba (matrimonio) de

m

84

Factor de aplicación de servicio en función de las características del motor y bomba 24

de 1.25

de LOVEJOY; Tabla 1;

85

3.5.3 MATERIAL DEL MATRIMONIO

Es importante la correcta selección del material a usar en el matrimonio, es por

ello que se debe tomar en cuenta según la Tabla 3-15.

Tabla 3-15. Tipo de material del matrimonio a selec cionar en función de la temperatura de trabajo 25

Tomando en cuenta la Tabla 3-15 y teniendo presente que el motor, bomba

matrimonio no se recalentará más de 100 °C es conveniente seleccionar el

material denominado NBR para el matrimonio

3.5.4 NOMENCLATURA DEL MATRIMONIO A SELECCIONAR

Teniendo en cuenta el tipo de material seleccionado se procede a observar la

Tabla 3-16, la cual especifica el tamaño a seleccionar en función del torque de

diseño y del tipo de material.

25 Información tomada del catálogo para unión motor – bomba (matrimonio) de LOVEJOY; Tabla 2; pág. 21; www.lovejoy-inc.com.

86

Tabla 3-16. Tamaño del matrimonio a seleccionar en función del tipo de material y torque de diseño 26

A continuación se debe tomar en cuenta las mediciones del acople, por tal motivo,

conociendo que el matrimonio irá conectado a un motor y a una bomba se

requiere saber las dimensiones del eje del motor a acoplar. Estas medidas se

pueden apreciar en el mismo que dice que se tendrá un eje de 24mm.

Por lo tanto, de la Tabla 3-16 se puede observar que para un torque de diseño de

90 in/libras, un material NBR y un agujero de acople de 24 mm aproximadamente,

se tiene un matrimonio de tamaño L090 o AL090.

Por este motivo se puede observar la Tabla 3-17

26 Información tomada del catálogo para unión motor – bomba (matrimonio) de LOVEJOY

87

Tabla 3-17. Codificación del matrimonio en función del o agujero del matrimonio para acoplamiento del eje27

De la Tabla 3-17. Se tiene que para un agujero de 1 pulgada y un chavetero de 1/4 *1/8”selecciona el matrimonio tipo 31296.

Por consiguiente el matrimonio a seleccionar es el L90-31296.

27 Información tomada del catálogo para unión motor – bomba (matrimonio) de LOVEJOY

88

Se realiza una simulación con un software para diseño mecánico, para verificar el

correcto funcionamiento de la maquina a ser repotenciada, la cual se encuentra

en el ANEXO I y una vez finalizado el diseño se realizan los planos de la maquina

repotenciada los mismo que se presentan en el ANEXO G.

Figura 3-18. Máquina completa

Figura

3-17.

Máquina complet

a

Fuente:

Autodes

k

inventor

Elabora

ción:

Propia

89

CAPÍTULO 4

4. CONSTRUCCIÓN, MONTAJE Y PRUEBAS DE LA

MÁQUINA REPOTENCIADA

4.1 CONSTRUCCIÓN

Para la construcción de los elementos faltantes es trascendental tener en cuenta

las siguientes ponderaciones:

Condiciones del taller: Se refiere a que el taller mecánico conste con todos los

instrumentos, equipos y máquinas-herramientas adecuadas para la fabricación de

cada una de las piezas a colocar.

Factibilidad de adquisición: Se refiere a la facilidad de adquirir en el mercado

(ecuatoriano) la materia prima, piezas y/o mecanismos ya construidos que sean

comerciales y herramientas adecuadas para la construcción de los elementos en el

caso que se los pueda fabricar en el taller.

Además es necesario contar con personal que tenga el suficiente conocimiento y

experiencia en interpretación de planos mecánicos y manejo de máquinas-

herramientas, esto facilitará y optimizará la repotenciación de la baroladora.

Los elementos a elaborar se los realizarán en la metalmecánica donde se

encuentra la máquina baroladora a repotenciar (Mecánica Industrial Ángel María

Luna C.A.), ya que para los requerimientos de calidad solicitados la mecánica

presta las suficientes condiciones de trabajo.

La mencionada metalmecánica cuenta con las siguientes condiciones de trabajo:

• Adecuada maquinaria

• Suficiente materia prima

• Adecuado espacio de trabajo

• Personal suficientemente calificado.

Las instalaciones observan en la Figura 4-1.

90

Figura 4-1. Instalaciones donde se encuentra la má quina

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

Rigiéndonos a los parámetros expuestos anteriormente y un sólido criterio

mecánico se consigue el resultado esperado

4.1.1 MÁQUINAS, HERRAMIENTAS E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Para fabricar las diferentes piezas indispensables para la repotenciación de la

máquina Baroladora es necesario la utilización de:

Máquinas: Torno, Fresadora, Soldadora, Taladro de Banco, Esmeril, Sierra de

vaivén, Amoladora, Oxicorte, Cepilladora.

Herramientas: Útiles de torneado , útiles de cepillado, útiles de fresado, martillo de

goma, grata, entenalla, lima, brocas, sierras, pinzas, llaves de copa, discos de

corte, electrodos.

Instrumentos: Calibrador, flexómetro, micrómetro, reloj comparador, nivel y

escuadras de precisión, soporte magnético.

91

Con el fin de identificar fácilmente máquinas, herramientas e instrumentos

utilizados utilizadas en el proceso de construcción de los diferentes elementos y así

facilitar la elaboración de procesos de construcción necesarios para la

repotenciación la máquina Baroladora, se lista dichas máquinas, herramientas e

instrumentos en la Tabla 4-1

Tabla 4-1. Listado de máquinas, herramientas e inst rumentos de medición

MÁQUINA HERRAMIENTA HERRAMIENTAS INSTRUMENTOS

Torno Fresadora

Esmeril Amoladora

Taladro de Banco Sierra de vaivén

Compresor Rectificadora

Oxicorte

Útiles de torneado Útiles de fresado Discos de corte Llaves de copa

Entenalla Brocas

Martillo de goma Grata Lima

Soplete Juego de machuelos

Escariador Bandeador Electrodos

Sierra

Calibrador Flexómetro

Escuadras de precisión Reloj comparador

Micrómetro Nivel

Soporte magnético

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

4.1.2 PROCESOS MECÁNICOS

En la Tabla 4-2 se generalizan los procesos mecánicos necesarios que abarcan la

elaboración de las piezas de la máquina Baroladora.

92

Tabla 4-2. Procesos tecnológicos

PROCESOS DE CONFORMADO

Trazado Cortado

Taladrado

Limado

Roscado

Amolado

Soldado

Pintado

Escariado

Torneado

Fresado

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

4.1.3 MATERIA PRIMA

En la Tabla 4-3 se exponen la materia prima con la que se fabricará los elementos

necesarios para repotenciar la máquina Baroladora.

Tabla 4-3. Materia prima a utilizarse

MATERIA PRIMA

AISI 1040 ASTM A-36

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

93

4.1.4

4.1.5 ELEMENTOS A FABRICAR

La máquina Baroladora tiene diferentes elementos mecánicos a fabricar los

cuales están detallados adecuadamente en la siguiente tabla:

Tabla 4-4. Elementos a construir

ELEMENTO CANTIDAD

Rodillo centrales 2 Bocines 4

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

4.1.6 ELEMENTOS MECÁNICOS Y PIEZAS A CONSTRUIR

Tabla 4-5. Procesos de fabricación.

ELEMENTO MECÁNICO PROCESOS DE FABRICACIÓN

Rodillo (Superior e

Inferior)

Torneado Se realiza el desbaste del eje tomando en cuenta la puesta a punto y los útiles de torneado a manejar.

Fresado Se realizan operaciones de fresado para obtener el chavetero según las dimensiones requeridas.

Limpieza Se elimina las aristas vivas.

bocines

Torneado Se realiza el cilindrado, refrentado, chaflanado y roscado.

Fresado Se realizan operaciones de fresado para obtener el chavetero según las dimensiones requeridas.

Limpieza Eliminación de viruta y aristas vivas.

Fuente : Propia

Elaboración: Propia

94

4.1.7 PASOS DE ELABORACIÓN

Para fabricar los elementos necesarios en la repotenciación de la Baroladora es

indispensable cumplir con faces de construcción que generalmente cumplen la

siguiente secuencia:

• Adquisición de la materia prima.

• Almacenado de la materia prima.

• Trazado sobre la materia prima.

• Corte de piezas en dimensiones brutas.

• Preparación de piezas según procesos tecnológicos establecidos.

• Eliminación de virutas y escorias provenientes de procesos de

fabricación.

• Comprobación de estabilidad, funcionalidad y tolerancias

dimensionales, superficiales y geométricas.

• Protección anticorrosiva de superficies expuestas al medioambiente.

Cabe recalcar que para la fabricación de los elementos mecánicos, se debe

analizar las fases de trabajo indicadas para cada pieza que presente geometría

diferente; por lo que se realizan las hojas de procesos para guiar el maquinado de

todos los elementos mecánicos a ser fabricados; conjuntamente los planos de

taller y las hojas de procesos serán de gran ayuda para el personal técnico

encargado de la fabricación.

4.1.8 DIAGRAMA DE FLUJO DE CONSTRUCCIÓN

El siguiente diagrama de flujo, muestra el proceso de fabricación de los elementos

a construir que forman parte de la máquina Baroladora a repotenciar, para lo

cual es preciso utilizar la simbología estandarizada que se ilustra en la Tabla 4-

6.

95

Tabla 4-6. Simbología utilizada en el diagrama de fl ujo

SÍMBOLO INTERPRETACIÓN

Operación

Transporte

Inspección

Almacenamiento

Demora

En la Tabla 4-7 se representa el diagrama de flujo para la construcción de los

elementos de la Baroladora.

Tabla 4-7. Diagrama de flujo de construcción

Nro. Pieza Descripción Actividad Tiempo

Operación (min)

Tiempo Elemento

(min)

1

Rodillo (superior

e inferior)

Transporte acero AISI 1045 a la sección de

torneado X 5

203

2 Puesta a punto de la materia prima en el

torno X 15

3

Maquinar la superficie hasta obtener el

acabado y las medidas requeridas

X 120

4 Realizar el roscado en

el extremo del eje X 15

5 Eliminación de viruta y aristas vivas

X 3

6 Verificar las medidas

del eje X 3

7 Transporte a la sección

de fresado. X 1

96

Tabla 4-7.Diagrama de flujo de construcción (contin uación)

Nro. Pieza Descripción Actividad Tiempo

Operación (min)

Tiempo Elemento

(min)

8

Puesta a punto de la materia prima en la

fresadora X 15

9 Realizar el maquinado

del chavetero X 20

10 Eliminación de viruta y

aristas vivas X 3

11 Verificar las medidas

del chavetero X 2

12 Transporte hacia el

almacén X 1

13 Almacenamiento hasta

montaje X x

14

Bocines

Transporte a la sección de torno

X 1

6

15 Puesta a punto de la materia prima en el

torno X 5

16

bocines

Mecanizar en torno según hoja de

procesos X 20

63

17 Eliminación de viruta y

aristas vivas X

18 Verificar las medidas X 1

19 Transporte a la sección

de fresado. X 1

20 Puesta a punto de la materia prima en la

fresadora X 15

21 Realizar el maquinado

del agujero X 20

22 Eliminación de viruta y

aristas vivas X 3

23 Verificar las medidas X 2

24 Transporte hacia el

almacén X 1

25 Almacenamiento hasta

montaje X x

Fuente: Propia

Elaboración: Propia

97

En el Anexo H se muestran las hojas de procesos de algunos de los elementos a

construirse para la repotenciación de la máquina baroladora.

4.2 MONTAJE DE LOS ELEMENTOS DE LA BAROLADORA

El acople de piezas y mecanismos de la máquina Baroladora debe realizarse

mediante un procedimiento ordenado y lógico previamente analizado que garantice

el correcto ensamble entre partes y un perfecto funcionamiento, por lo que se ha

de realizar con mano de obra calificada para optimizar tiempo y recursos.

El montaje se lo realiza mediante la siguiente secuencia:

• Armado y ubicado de la estructura,

• Armado y colocado de rodillos motrices en la estructura,

• Armado y ubicado de la estructura del motor,

• Ensamblado del sistema de transmisión,

• Situado de los cilindros neumáticos,

• Armado y colocado de rodillos laterales en la estructura,

• Situado del tanque,

• Armado de válvulas y situado de la tapa,

• Ensamblado de los elementos neumáticos,

• Situado de los elementos neumáticos en la tapa

• Ensamblado de conductos

4.2.1 DIAGRAMA DE MONTAJE

En la Tabla 4-8 se representa el montaje de forma sistemática, ordenada según

el proceso de montaje. Con el fin de contribuir la rápida comprensión, se apuntan

detalles sintetizados para cada subproceso.

Para el análisis de las piezas a repotenciar previamente se desmontó los

elementos de la Baroladora, por lo que no se describirá el proceso de desmontaje

en la siguiente tabla.

98

Tabla 4-8. Diagrama de flujo de montaje

Nro. Elemento Proceso Subproceso Observación Tiempo

Operación (min)

Tiempo Elemento

(min)

1

Bancada

Cambio eje loco en

bancada

Corte Cortar con amoladora la soldadura de

filete alrededor del eje loco. 10

455

2 Soldado Realizar el punteado, verificar

alineación y soldar partes. 5

3 Limpiado Limpiar la soldadura con grata. 5

4 Armado de la

estructura soporte de cilindros

hidráulicos

Corte Cortar con amoladora la soldadura de filete alrededor de la tuerca y eliminar

rebabas. 60

5 Soldado Realizar el punteado, verificar

alineación y soldar placas guía, soportes y perfiles.

180

6 Limpiado Limpiar la soldadura con grata. 40

7 Situado de la

bancada Ubicado

Ubicar la bancada en los pernos colocar tuercas y ajustarlas.

30

8 Pintado de la

bancada Limpiado

Eliminar la grasa y el óxido con gasolina y desoxidante.

25

9 Bancada

Pintado de bancada

Pintado Cubrir las superficies funcionales con

periódico y aplicar pintura anticorrosiva con compresor y pistola

10

10 Secado Esperar hasta secado de pintura 90

11

Rodillos inferior y superior

Pintado de acoples

Limpiado Eliminar la grasa y el óxido con gasolina y desoxidante.

20

235

12 Pintado Cubrir las superficies funcionales con

periódico y aplicar pintura anticorrosiva. 20

13 Secado Esperar hasta secado de pintura 90

14 Situado de rodillo inferior

Armado Ensamblar acoples con cojinetes y

rodillo. 30

15 Situado Ubicar el eje en la bancada. 10

16 Situado de rodillo

superior

Armado Ensamblar acoples con cojinetes y

rodillo. 30

17 Situado Ubicar el eje en la bancada. 10

18 Inspección Verificación Verificar la correcta alineación,

paralelismo y juego entre ejes y acoples 25

19 Pasador y catarinas

Ajuste de soporte de pasador

Corte Cortar con amoladora la soldadura de filete alrededor de la placa posterior y

eliminar rebabas. 20

407

20 Preparado Preparar juntas en placas de aumento

de amplitud entre apoyos 25

99

Tabla 4-8. Diagrama de flujo de montaje (Continuaci ón)

Nro. Elemento Proceso Subproceso Observación Tiempo

Operación (min)

Tiempo Elemento

(min)

21

Soldado Realizar el punteado, verificar

alineación y soldar partes. 90

22 Limpiado Limpiar la soldadura con grata. 5

23

Pintado de bancada del

motor

Limpiado Eliminar la grasa y el óxido con

gasolina y desoxidante. 30

24 Pintado Cubrir las superficies funcionales con

periódico y aplicar pintura anticorrosiva con compresor y pistola

20

25 Secado Esperar hasta secado de pintura 90

26 Situado de catarinas

Ubicado Ubicar catarinas conducidas en los

rodillos y eje loco 45

27 Situado de Pasador

Ubicado Ubicar el pasador en el primer apoyo 2

28 Armado Armado de catalina conductora, cojinetes, pasador y cadenas.

5

29

Catarinas

Situado de pasador

Ubicado Ubicar el pasador en el segundo apoyo 30

30 Alineación Situado

Recorrer la bancada del motor hasta obtener linealidad entre catalinas

conductoras y conducidas. 15

31 Inspección Verificación Verificar alineación entre catalinas y

cadena y el correcto juego entre partes. 30

32

Rodillos laterales y cilindros

neumáticos

Adecuado de acoples

Soldado Realizar el punteado, verificar

alineación y soldar acoples y soportes. 60

315

33 Limpiado Limpiar la soldadura con grata. 20

34 Pintado de

acoples

Limpiado Eliminar la grasa y el óxido con

gasolina y desoxidante. 20

35 Pintado aplicar pintura anticorrosiva. 20

36 Secado Esperar hasta secado de pintura 90

37 Situado de cilindros

Ubicado Ubicar los cilindros neumáticos en

soportes de bancada. 20

38 Situado de rodillos

laterales

Armado Ensamblar acoples con cojinetes 40

39 Situado Ubicar rodillos en bancada. 20

40 Inspección Verificación Verificar la correcta alineación,

paralelismo y juego entre ejes y acoples 25

41 Tanque Situado del

tanque Ubicado

Ubicar el tanque en los pernos, colocar tuercas y ajustarlas.

20 45

100

Tabla 4-8. Diagrama de flujo de montaje (Continuaci ón)

Nro. Elemento Proceso Subproceso Observación Tiempo

Operación (min)

Tiempo Elemento

(min)

42

Ensamble de elementos

Atornillado Colocar los elementos roscados con los

respectivos empaques 25

43 Tapa

Ensamble de elementos

Armado Ensamblar las válvulas y elementos

empernados con los respectivos empaques

60 85

44 Situado de la

tapa Ubicado

Ubicar la tapa con los pernos y tuercas ajustadas

25

45

Sistema Hidráulico

Armado del sistema

hidráulico

Armado del sistema de

succión

Ensamblar el motor, bomba, manómetros, válvula de seguridad,

retorno de seguridad y succión 150

631 46 Armado del sistema de

retorno Ensamblar el filtro y accesorios 130

47 Situado del sistema de hidráulico

Situado del sistema de

succión

Ubicar el sistema de succión mediante acoples roscados en tapa.

45

Fuente: Propia Elaboración: Propia

Minutos Totales 2173

Horas totales 36 : 13

Días Totales 4 días ,4 horas ,13 min

Se establece que las horas empleadas para de todos los elementos de la

Baroladora es de 33 horas con 7 minutos; ya que se trabajara 8 horas al día, se

tiene un tiempo de construcción estimado de 4 días, una hora y 7 minutos.

En las figuras: 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 y 4.6 se muestran las etapas del montaje de

algunos de los elementos de la Baroladora.

101

Figura 4-2. Puesta a punto de la maquina

Fuente: Autodesk inventor

Elaboración: Propia

Figura 4-3. Sistema hidráulico

Fuente: Autodesk inventor

Elaboración: Propia

102

Figura 4-4. Montaje de los pistones hidráulicos

Fuente: Autodesk inventor

Elaboración: Propia

Figura 4-5. Montaje de cadenas y catarinas

Fuente: Autodesk inventor

Elaboración: Propia

103

4.3 PRUEBAS DE CAMPO

Las pruebas de campo se las ejecutan una vez realizada la construcción del

prototipo, se aplica el correspondiente protocolo de pruebas que se especifica en

Anexo H con los resultados de estas pruebas, se evalúa el cumplimiento de los

criterios de diseño aplicados.

104

CAPÍTULO 5

5. ANALISIS DE COSTOS

5.1 INTRODUCCIÓN

En el presente capítulo se plantea un estudio de todos los costos generados

durante el proceso de diseño y construcción de los elementos repotenciados

además el costo de su puesta en funcionamiento, para esto se debe realizar una

revisión total del proyecto, con esto se pretende obtener un valor concreto que

permita ubicar el precio de repotenciación de la máquina dentro de determinados

límites que dejarían claro cuánto debe ser la inversión para repotenciar la máquina,

cabe recalcar que en el presente proyecto se buscó en gran medida obtener una

repotenciación accesible económicamente para la Metalmecánica Ángel María

Luna. Para alcanzar este objetivo se procede a identificar cada uno de los costos

como directos e indirectos, es importante agregar una descripción a cada uno de

ellos conjuntamente con el precio.

5.2 COSTOS DE LA MÁQUINA REPOTENCIADA.

Con la finalidad de encontrar los costos de fabricación que implicaría la

construcción de la máquina baroladora, se ha dividido a los costos en dos grupos:

costos directos y costos indirectos.

5.2.1 COSTOS DIRECTOS

Dentro de esta categoría se han agrupado aquellos costos que se pueden

identificar o cuantificar plenamente con la fabricación de la máquina baroladora.

Principalmente son: materiales directos y mano de obra directa.

5.2.1.1 Materiales Directos.

Involucra a los diversos costos que implica la adquisición de los materiales (materia

prima), elementos normalizados y costos por mecanizado. Estos se presentan

continuación.

105

Tabla 5-1. Costo de materiales directos COSTO MATERIALES

DESCRIPCION CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO TOTAL

AISI 1045 �127X1800 mm 2 150,00 300,00

BRONCE SAE 660 �50x10 4 15,00 60,00

SUBTOTAL 360,00 Fuente: DIPAC, IVÁN BOHMAN C.A. Elaboración: Propia

Tabla 5-2.Costo de elementos normalizados

COSTOS ELEMENTOS NORMALIZADOS

DESCRIPCION CANTIDAD COSTO UNITARIO

COSTO TOTAL

CILINDRO HIDRAULICO 2" x 10" 4 200,00 800,00 BOMBA DE ENGRANAJES AZ-P.F-10-008-RAB01M

1 398,42 398,42

ACOPLE MOTOR BOMBA + MATRIMONIO 1 120,00 120,00 VALVULA DE ALIVIO DE PRESION ZDBDS 6 G 18/315

1 304,26 304,26

VALVULA DIRECCIONAL 4WE6E6X/CW220N9K4 4 271,37 1085,48

CONECTOR ELECTRICO Z4-Z14 3P-T+PRETO 8 6,10 48,80

BLOQUE DISTRIBUIDOR PLC 2HSR 06-22/01 C 2 260,85 521,70

PERNOS DE SUJECION M5 X 50 8 3,73 29,84

PERNOS DE SUJECION M5 X 90 8 7,20 57,60 FILTRO DE RETORNO ABZFR-S0063-10-1X/M-DIN 1 465,71 465,71

MANOMETRO AB31-11/063-3000 T. INFERIOR 2 42,62 85,24

FILTRO DE AIRE FA76-10FV/2 1 47,86 47,86

INDICADOR DE NIVEL FSA-127-1.X/12 1 61,88 61,88

REG. CAUDAL 3/8 DRV 10-1-1X/V 8 108,90 871,20

MANGUERAS Y ACCESORIOS 1 1000,00 1000,00

SISTEMA DE CONTROL ELECTRICO 1 100,00 100,00

CADENA DOBLE N 80 1 168,44 168,44

CATARINA DOBLE C/MANZANA N80 15 DIENTES 3 24,25 72,75

CATARINA DOBLE C/MANZANA N80 20 DIENTES 1 26,57 26,57

SUBTOTAL 6265,75 Fuente: Hidro Control, Ivan Bohman C.A. Elaboración: Propia

106

5.2.1.2 Costo de Mano de Obra Directa.

Establece el costo de fabricación de las piezas construidas, tomando en cuenta

todos los procesos involucrados, considerando el tiempo para fabricar cada pieza y

el costo por unidad de tiempo. Además se toma en cuenta el costo de la mano de

obra durante el montaje.

Tabla 5-3. Costos de maquinado y mano de obra

COSTO MAQUINADO Y MANO DE OBRA

OPERACIÓN DE MAQUINADO UNIDAD CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO TOTAL

TORNEADO h 15 15,00 225,00

CORTE UNIDAD u 4 0,60 2,40

ESMERILADO h 3 4,00 12,00

MONTAJE h 24 2,00 48,00

SUBTOTAL 287,40

Fuente: MIALCA C.A. Elaboración: Propia

5.2.1.3 Costo directo total

Tabla 5-4. Costo directo total

COSTO DIRECTO TOTAL TIPO DE COSTO SUBTOTAL

COSTO MATERIALES 360,00

COSTO ELEMENTOS NORMALIZADOS 6265,75

COSTOS MAQUINADO Y MANO DE OBRA 287,40

SUBTOTAL 6913,15

Fuente: Propia Elaboración: Propia

107

5.2.2 COSTOS INDIRECTOS

Estos costos son aquellos que se generan del uso de materiales suplementarios;

es decir, son los gastos que no se encuentran vinculados directamente en la

fabricación de la máquina, pero son necesarios para su desarrollo.

5.2.2.1 Costos de materiales indirectos

Los costos indirectos de fabricación como lo indica su nombre son todos aquellos

costos que no se relacionan directamente con la manufactura, pero contribuyen y

forman parte de los costos de producción. A continuación se detallan estos costos:

Tabla 5-5. Costos de materiales indirectos

COSTO MATRIALES INDIRECTOS

DETALLE CANTIDAD COSTO UNITARIO

COSTO TOTAL

DISCO CORTE 2 15,00 30,00 LIMPIADOR

DESOXIDANTE 1 10,00 10,00

PINTURA 2 35,00 70,00

SUBTOTAL 110,00

Fuente: Comercializadoras de Quito Elaboración: Propia

5.2.2.2 Costos de ingeniería

Corresponden a los costos debido al tiempo en que los ingenieros o diseñadores

han dedicaron para el estudio, trabajo de campo y diseño de la máquina.

Tabla 5-6. Costos de ingeniería

COSTO DE INGENIERIA

DETALLE CANTIDAD COSTO UNITARIO

COSTO TOTAL

INGENIERIA Y DISEÑO

1 450,00 450,00

SUBTOTAL 450,00

Fuente: Propia Elaboración: Propia

108

5.2.2.3 Costo total indirecto

Tabla 5-7. Costos indirectos

COSTOS INDIRECTO TOTAL TIPO DE COSTO SUBTOTAL

METRIALES INDIRECTOS 110,00

INGENIERIA 450,00

SUBTOTAL 560,00 Fuente: Propia Elaboración: Propia

5.2.3 COSTO TOTAL

Finalmente se puede determinar el costo total de la máquina mediante la suma de

los costos directos e indirectos.

Tabla 5-8. Costo total

COSTO TOTAL TIPO DE COSTO SUBTOTAL (USD)

DIRECTOS 6913,15

INDIRECTOS 560,00

TOTAL 7473,15

Fuente: Propia Elaboración: Propia

El costo total de la repotenciación de la máquina es de 7473,15 USD

109

CAPÍTULO 6

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 CONCLUSIONES

• Mediante el desarrollo de este proyecto se ha podido establecer un

procedimiento para repotenciar una maquina baroladora utilizando los

recursos disponibles de la empresa al menor costo, logrando con esto un

ahorro notable y consigo el desarrollo de la empresa.

• La máquina repotenciada nos permite barolar chapas de hasta 6 mm de

espesor, mediante la presión que ejerce los pistones hidráulicos que permite

cumplir con la capacidad requerida, obteniendo de esta manera el

cumplimiento del objetivo principal del proyecto.

• Con la repotenciación se pretende obtener una máquina semiautomática lo

cual genera una disminución en el tiempo de elaboración del producto,

además de generar un ambiente de trabajo más seguro para los

operadores.

• La realización de la cotización de los equipos necesarios para la

repotenciación de la máquina, requirió de un proceso de investigación de

cada uno de los componentes y de las empresas proveedoras que

cumplieran con los requisitos necesarios para hacer una integración de los

componentes de manera más eficiente.

• La totalidad de mecanismos que tiene la maquina son sencillos

desmontables, no requieren de ninguna preparación especial por parte del

operario para que el mismo pueda dar mantenimiento y efectuar un buena

operación.

• La realización de este proyecto tuvo como resultado el cumplimiento de

todos los objetivos propuestos, se logró el mejoramiento de la máquina, que

permite realizar en forma eficaz el proceso de barolado.

110

6.2 RECOMENDACIONES

• Es conveniente tomar en cuenta el no sobre cargar a la máquina con chapas

superiores a 6 mm de espesor para evitar que exista daños por este motivo.

• Se recomienda una adecuada lubricación de las piezas y partes que

conforman la máquina.

• La máquina debe cumplir con todos los parámetros de seguridad, puesto

que está orientada a ser manipulada directamente por el operario, y éste

debe utilizar todos los implementos fundamentales como guantes de cuero,

etc. Además debe operarse la máquina con las debidas precauciones ya

que un error puede ocasionar graves accidentes que afecten la integridad

física del operario.

• La máquina actual no contiene una protección en los elementos que

transmiten la potencia, cadenas y catarinas, por lo que se recomienda se

coloque una protección para evitar que ingrese algún elemento que pueda

afectar el correcto funcionamiento de estos elementos.

• El motor que proporciona la fuerza necesaria para el movimiento de los

rodillos baroladores supera las necesidades de la máquina por lo cual se

recomienda cambiar puesto que se estaría haciendo un uso innecesario de

energía eléctrica.

• Evitar el contacto con los rodillos baroladores cuando estos se encuentren

realizando el proceso de barolado.

111

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

[1]. ALARCÓN, José; Tratado Práctico de refrigeración Automática; 9a Edición;

Marambo Editores; Barcelona; 1981.

[2]. PARKER, Training; “Tecnología Hidráulica Industrial”; Jacareí ; Sao Paulo;

1999.

[3]. MOTT, R; Diseño de Elementos de Maquinas;Editorial PEARSON

Educación 4ta Edición; México; 2006

[4]. SHIGLEY EDWARD; Diseño en Ingeniería Mecánica; Editorial Mc. Graw

Hill; Tercera edición; México, 1985.

[5]. BEER, F; Mecánica de Materiales; Editorial Mc Graw-Hill; 4ta Edición

[6]. Wick Benedict Veilleux, Tool and Manufacture Engineers Handbook.

Editorial McGraw-Hill, Quinta edición, USA, 1998.

PAGINAS WEB

[1]. http://www.directindustry.es/

[2]. http://www.dismamex.com.mx/imcar.html

[3]. http://www.gates.com/Spain/brochure.cfm?brochure=8213&location_id=1174

8

[4]. http://www.mantenimientomundial.com/sites/mm/notas/bo2.pdf

112

ANEXOS

113

ANEXO A. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA

SELECCIÓN DE LAS CADENAS DE RODILLOS

114

115

116

117

ANEXO B. ESPECIFICACIONES DE CATARINAS

118

119

120

121

122

ANEXO C. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA UN

MOTOR TRIFÁSICO DE 2HP Y 3HP MARCA SIEMENS

123

124

ANEXO D. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA

SELECCIÓN DE MANGUERAS HIDRÁULICAS DE ALTA

PRESIÓN, SERIE SAE 100 R1AT PARA MARCAS HRW Y

STRONGFLEX

125

126

127

ANEXO E. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA UN

CILINDRO HIDRÁULICO MARCA FAP SEGÚN NORMA ISO

6022

128

129

ANEXO F. HOJAS DE PROCESOS

130

ANEXO G. PLANOS

131

ANEXO H. FORMATO DEL PROTOCOLO DE PRUEBAS

DEL PROTOTIPO

132

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROTOCOLO DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO

1.- DATOS GENERALES

EQUIPO: Maquina Baroladora Semiautomática de 6mm de espesor de chapa

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN:

DIRECTOR:

CO-DIRECTOR:

LUGAR DE LA PRUEBA:

FECHA DE LA PRUEBA:

2.- VERIFICACIÓN DE DIMENSIONES GENERALES Y PESO

PARÁMETRO RESULTADO SE ACEPTA NO SE ACEPTA Alto

Largo Ancho Peso

3.- VERIFICACIÓN DE LA FUNCIONALIDAD Y MONTAJE DE LAS PIEZAS

PIEZA O ELEMENTO SE ACEPTA NO SE ACEPTA Rodillos Cadenas Catarinas Bandas Motor

Estructura Pintura

Lubricación Ajuste de pernos

4.- VERIFICACIÓN DE ALINEACIÓN Y PARALELISMO SISTEMA O CRITERIO EVALUADO SE ACEPTA NO SE ACEPTA Comprobar que ejes, soportes y guías estén paralelos y alineados

Verificar el paralelismo entre el soporte y la base del motor

133

Verificar el paralelismo entre la estructura principal y secundaria

Verificar el paralelismo entre la estructura principal y los cilindros

Verificar el paralelismo entre los rodillos baroladores y catarinas.

5.- FUNCIONAMIENTO EN VACÍO

SISTEMA O CRITERIO EVALUADO SE ACEPTA NO SE ACEPTA Transmisión

Accionamiento Rodillos

Estructural Eléctrico

PARÁMETRO RESULTADO SE ACEPTA NO SE ACEPTA Velocidad angular

6.- FUNCIONAMIENTO CON CARGA

SISTEMA O CRITERIO EVALUADO SE ACEPTA NO SE ACEPTA Transmisión

Accionamiento Rodillos

Estructural Calidad del material barolado

Nivel de vibraciones PARÁMETRO RESULTADO BAROLADO

MATERIAL ESPESOR (mm) SE ACEPTA NO SE ACEPTA

INOX-306 6mm Capacidad

7.- CONCLUSIÓN

PROTOTIPO SE ACEPTA NO SE ACEPTA

8.- FIRMAS DE RESPONSABILIDAD

CARGO OPERADOR OPERADORA DIRECTOR PROYECTO

NOMBRE

FIRMA FECHA

134

ANEXO I. SIMULACIÓN DE LA MÁQUINA BAROLADORA

A SER REPOTENCIADA

135